JP6918996B2 - Thermal spraying material, thermal spray coating and member with thermal spray coating - Google Patents

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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

本発明は、溶射用材料、その溶射用材料を用いて形成される溶射皮膜および溶射皮膜付部材に関する。 The present invention relates to a thermal spraying material, a thermal spray coating formed by using the thermal spraying material, and a member with a thermal spray coating.

基材の表面を各種の材料で被覆することにより新たな機能性を付与する技術は、従来より様々な分野において利用されている。この表面被覆技術の一つとして、例えば、基材の表面に、セラミックス等の材料からなる溶射粒子を、燃焼または電気エネルギーにより軟化または溶融状態として吹き付けることで、かかる材料からなる溶射皮膜を形成する溶射法が知られている。 Techniques for imparting new functionality by coating the surface of a base material with various materials have been conventionally used in various fields. As one of the surface coating techniques, for example, sprayed particles made of a material such as ceramics are sprayed on the surface of a base material in a softened or melted state by combustion or electric energy to form a sprayed coating made of such a material. The thermal spraying method is known.

また、半導体デバイス等の製造分野においては、一般に、フッ素,塩素,臭素等のハロゲン系ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより半導体基板の表面に微細加工を施すことが行われている。また、ドライエッチング後は、半導体基板を取り出したチャンバー(真空容器)の内部を、酸素ガスプラズマを用いてクリーニングしている。このとき、チャンバー内においては、反応性の高い酸素ガスプラズマやハロゲンガスプラズマに晒される部材が腐食される可能性がある。そして当該部材から腐食(エロージョン)部分が粒子状に脱落すると、かかる粒子は半導体基板に付着して回路に欠陥をもたらす異物(以下、当該異物をパーティクルという)となり得る。 Further, in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, the surface of a semiconductor substrate is generally microfabricated by dry etching using a plasma of a halogen-based gas such as fluorine, chlorine or bromine. Further, after dry etching, the inside of the chamber (vacuum container) from which the semiconductor substrate is taken out is cleaned using oxygen gas plasma. At this time, in the chamber, members exposed to highly reactive oxygen gas plasma or halogen gas plasma may be corroded. Then, when the corroded (erosion) portion falls off from the member in the form of particles, the particles can become foreign substances (hereinafter, the foreign substances are referred to as particles) that adhere to the semiconductor substrate and cause defects in the circuit.

そこで従来より、半導体デバイス製造装置においては、パーティクルの発生を低減させる目的で、酸素ガスやハロゲンガス等のプラズマに晒される部材に、耐プラズマエロージョン性を備えるセラミックの溶射皮膜を設けることが行われている。例えば、特許文献1には、イットリウムオキシフッ化物が高い耐プラズマエロージョン性を備え得ることが開示され、イットリウムのオキシフッ化物少なくとも一部にイットリウムのオキシフッ化物を含む顆粒(造粒粒子)を溶射用材料として用いることが記載されている。 Therefore, conventionally, in semiconductor device manufacturing equipment, in order to reduce the generation of particles, a ceramic sprayed coating having plasma erosion resistance has been provided on a member exposed to plasma such as oxygen gas or halogen gas. ing. For example, Patent Document 1 discloses that yttrium oxyfluoride can have high plasma erosion resistance, and granules (granulated particles) containing yttrium oxyfluoride in at least a part of yttrium oxyfluoride are used as a material for thermal spraying. It is described that it is used as.

国際公開2014/002580号公報International Publication No. 2014/002580 特許第5911036号公報Japanese Patent No. 5911036

しかしながら、特許文献2に記載されているように、イットリウムオキシフッ化物を含む溶射用材料は、溶射被膜の形成中にフッ素がガスとなって揮発するため、他の溶射用材料を用いた場合と比較して緻密な溶射皮膜を形成し難いという欠点があることが明らかとなった。また、溶射中の溶射用材料の組成の変化により、溶射皮膜を構成する化合物の組成を制御し難いという問題もあった。なお、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、パーティクルによる汚染に対してはより精密な管理が要求されてきており、半導体デバイス製造装置に設けられるセラミックの溶射皮膜についても、より微細なパーティクルの発生の低減(耐発塵性の向上)が求められている。 However, as described in Patent Document 2, the thermal spraying material containing yttrium oxyfluoride is different from the case where another thermal spraying material is used because fluorine becomes a gas and volatilizes during the formation of the thermal spray coating. In comparison, it became clear that there was a drawback that it was difficult to form a dense thermal spray coating. Further, there is also a problem that it is difficult to control the composition of the compound constituting the thermal spray coating due to the change in the composition of the thermal spraying material during thermal spraying. As the degree of integration of semiconductor devices has improved, more precise control of contamination by particles has been required, and finer particles are also generated in the thermal spray coating of ceramics provided in semiconductor device manufacturing equipment. (Improvement of dust generation resistance) is required.

このような状況に鑑み、本発明は、耐プラズマエロージョン性と耐発塵性とに優れた緻密な溶射皮膜を形成し得る溶射用材料を提供することを目的とする。また、この溶射用材料を用いて形成される溶射皮膜および溶射皮膜付部材を提供することを他の目的とする。 In view of such a situation, it is an object of the present invention to provide a thermal spraying material capable of forming a dense thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance and dust generation resistance. Another object of the present invention is to provide a thermal spray coating and a member with a thermal spray coating formed by using this thermal spraying material.

本発明は、上記の課題を解決するものとして、以下の特徴を有する溶射用材料を提供する。すなわち、ここに開示される溶射用材料は、構成元素として、希土類元素、酸素およびハロゲン元素を含み、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶を含むことにより特徴づけられている。 The present invention provides a thermal spraying material having the following characteristics as a solution to the above problems. That is, the material for spraying disclosed herein contains rare earth elements, oxygen and halogen elements as constituent elements, and is characterized by containing a mixed crystal of a rare earth element oxyhalide and a rare earth element halide.

希土類元素オキシハロゲン化物は、例えば、希土類元素ハロゲン化物や希土類元素酸化物と比較して、ハロゲン系プラズマに対する耐プラズマエロージョン性に優れていることが知られている。しかしながら、従来の希土類元素オキシハロゲン化物を含む溶射用材料は、例えば特許文献1に開示されるように、希土類元素ハロゲン化物および/または希土類元素酸化物との混合物として製造されていた。また、希土類元素オキシハロゲン化物は、高温の溶射環境に晒されるとハロゲン元素が揮発し易く、形成される溶射皮膜の組成は使用した溶射用材料の組成から大きくずれたものとなっていた。典型的には、溶射皮膜の組成は、溶射用材料が酸化物にまで酸化分解された組成となり得た。つまり、溶射皮膜には、たとえ希土類元素ハロゲン化物が残存していても、希土類元素オキシハロゲン化物が分解された希土類元素酸化物の方が含まれる割合が高くなり得た。この希土類元素酸化物は、これまで管理されていなかった微細なパーティクルの発生源であり、溶射皮膜中に含まれることは好ましくない。また、特許文献2に指摘されるように、形成される溶射皮膜は、ハロゲン元素の揮発に伴い、気孔を比較的多く含みがちであった。 Rare earth element oxyhalides are known to be superior in plasma erosion resistance to halogen-based plasmas as compared with, for example, rare earth element halides and rare earth element oxides. However, conventional materials for spraying containing a rare earth element oxyhalide have been produced as a mixture with a rare earth element halide and / or a rare earth element oxide, for example, as disclosed in Patent Document 1. Further, in the rare earth element oxyhalide, the halogen element easily volatilizes when exposed to a high temperature spraying environment, and the composition of the sprayed coating formed is significantly different from the composition of the sprayed material used. Typically, the composition of the thermal spray coating could be such that the thermal spray material was oxidatively decomposed into oxides. That is, even if the rare earth element halide remains in the sprayed coating, the proportion of the rare earth element oxide obtained by decomposing the rare earth element oxyhalide could be higher. This rare earth element oxide is a source of fine particles that have not been controlled so far, and it is not preferable that the rare earth element oxide is contained in the sprayed coating. Further, as pointed out in Patent Document 2, the sprayed coating formed tends to contain a relatively large number of pores due to the volatilization of the halogen element.

これに対し、本発明者らの検討によると、希土類元素、酸素およびハロゲン元素を含む溶射用材料でありながら、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶は、例えば、希土類元素ハロゲン化物の単体と比較した場合はもちろんのこと、希土類元素オキシハロゲン化物の単体やこれらの混合物と比較した場合であっても、溶射環境に晒されたときに酸化分解され難いことが判明した。また、混晶が酸化分解された場合であっても、分解生成物の化学組成は、希土類元素オキシハロゲン化物側に留まる割合が非常に高いことが見いだされた。つまり、溶射によって希土類元素酸化物にまで分解され難い。ここに開示される技術は、このような知見に基づき為されたものである。これにより、希土類元素ハロゲン化物および/または希土類元素酸化物の含有が抑制されて、ハロゲン系プラズマに対する耐プラズマエロージョン性と耐発塵性とを備える溶射皮膜を形成し得る溶射用材料が実現される。また、希土類元素オキシハロゲン化物を含みながら気孔率が低減された溶射皮膜を形成し得る溶射用材料が提供される。 On the other hand, according to the study by the present inventors, a mixed crystal of a rare earth element oxyhalide and a rare earth element halide is, for example, a rare earth element halogen, although it is a material for spraying containing rare earth elements, oxygen and halogen elements. It was found that it is difficult to be oxidatively decomposed when exposed to the spray environment, not only when compared with the simple substance of the compound, but also when compared with the simple substance of the rare earth element oxyhalide or a mixture thereof. It was also found that the chemical composition of the decomposition product remains very high on the rare earth element oxyhalide side even when the mixed crystal is oxidatively decomposed. In other words, it is difficult to decompose into rare earth element oxides by thermal spraying. The techniques disclosed herein are based on such findings. As a result, the content of rare earth element halides and / or rare earth element oxides is suppressed, and a thermal spraying material capable of forming a thermal spray coating having plasma erosion resistance and dust generation resistance against halogen-based plasma is realized. .. Further, a thermal spraying material capable of forming a thermal spray coating having a reduced porosity while containing a rare earth element oxyhalide is provided.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様では、上記希土類元素のハロゲン化物である希土類元素ハロゲン化物を実質的に含まない形態であり得る。また、上記希土類元素の酸化物である希土類元素酸化物を実質的に含まない形態であり得る。すなわち、希土類元素オキシハロゲン化物よりも耐プラズマエロージョン性に劣る希土類元素ハロゲン化物や希土類元素酸化物を、溶射用材料の段階で含まないようにすることができる。
このことにより、溶射によって形成される溶射皮膜の耐発塵性をより確実に高めることができる。
なお、本明細書において所定の化合物を「実質的に含まない」とは、例えば、X線回折分析において当該化合物が検出されないことであり得る。
In a preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein, it may be in a form substantially free of the rare earth element halide which is the halide of the rare earth element. In addition, it may be in a form that does not substantially contain the rare earth element oxide, which is the oxide of the rare earth element. That is, it is possible to prevent the rare earth element halide and the rare earth element oxide, which are inferior in plasma erosion resistance to the rare earth element oxyhalide, from being contained at the stage of the thermal spraying material.
This makes it possible to more reliably improve the dust generation resistance of the thermal spray coating formed by thermal spraying.
In addition, in this specification, "substantially free of" a predetermined compound may mean, for example, that the compound is not detected in X-ray diffraction analysis.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様では、上記希土類元素オキシハロゲン化物を実質的に含まない形態であり得る。このことにより、溶射環境においてより一層酸化され難い溶射用材料が提供される。 In a preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein, it may be in a form substantially free of the rare earth element oxyhalide. This provides a thermal spraying material that is even more resistant to oxidation in a thermal spraying environment.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様では、上記混晶における上記希土類元素ハロゲン化物の割合は、5モル%以上95モル%以下である。これにより、溶射環境における混晶の酸化分解を安定的に抑制することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein, the proportion of the rare earth element halide in the mixed crystal is 5 mol% or more and 95 mol% or less. As a result, the oxidative decomposition of mixed crystals in the thermal spraying environment can be stably suppressed.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様では、上記希土類元素としてイットリウムを含み、上記ハロゲン元素としてフッ素を含み、上記希土類元素オキシハロゲン化物としてイットリウムオキシフッ化物を含み、上記希土類元素ハロゲン化物としてフッ化イットリムを含む。これにより、例えば、フッ素プラズマに対する耐エロージョン特性と耐発塵性とに優れた溶射皮膜を好適に形成することができる溶射用材料が提供される。 In a preferred embodiment of the material for spraying disclosed herein, itolium is contained as the rare earth element, fluorine is contained as the halogen element, yttrium oxyfluoride is contained as the rare earth element oxyhalide, and the rare earth element halide is contained. Includes Fluoride Itrim. This provides, for example, a thermal spraying material capable of suitably forming a thermal spray coating having excellent erosion resistance to fluorine plasma and dust generation resistance.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様は、平均粒子径が5μm以上60μm以下の粉体である。これにより、流動性に優れ、溶射効率の高い溶射用材料が提供される。 A preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein is a powder having an average particle size of 5 μm or more and 60 μm or less. As a result, a thermal spraying material having excellent fluidity and high thermal spraying efficiency is provided.

ここに開示される溶射用材料の好ましい一態様は、上記粉体における細孔半径が1μm以下の累積細孔容積は、0.1cm/g以下である。このように溶射用材料を緻密な構成とすることにより、粉体を構成する溶射粒子の溶射環境における酸化を高いレベルで抑制することができる。また、この溶射用材料を用いて形成される溶射皮膜の緻密性をも高めることができる。 A preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein is that the cumulative pore volume of the powder having a pore radius of 1 μm or less is 0.1 cm 3 / g or less. By making the thermal spraying material dense in this way, it is possible to suppress the oxidation of the thermal sprayed particles constituting the powder in the thermal spraying environment at a high level. In addition, the denseness of the thermal spray coating formed by using this thermal spraying material can be enhanced.

他の側面において、本発明は、構成元素として希土類元素、酸素およびハロゲン元素を含む希土類元素オキシハロゲン化物を主成分として含み、気孔率が5.5%以下である溶射皮膜を提供する。
ここに開示される溶射皮膜は、希土類元素オキシハロゲン化物を主成分としながらも、気孔率が5.5%以下の緻密な溶射皮膜として実現される。すなわち、溶射用材料が溶射により十分な溶融または軟化状態で堆積されたにもかかわらず、酸化が抑制された状態で緻密な溶射皮膜を形成している。このことにより、この溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン性と耐発塵性とが確実に向上されたものとして提供される。
In another aspect, the present invention provides a thermal spray coating containing a rare earth element oxyhalide containing a rare earth element, oxygen and a halogen element as a main component and having a porosity of 5.5% or less.
The thermal spray coating disclosed here is realized as a dense thermal spray coating having a porosity of 5.5% or less while containing a rare earth element oxyhalide as a main component. That is, although the thermal spraying material is deposited in a sufficiently melted or softened state by thermal spraying, a dense thermal spray coating is formed in a state where oxidation is suppressed. As a result, the thermal spray coating is provided as having reliably improved plasma erosion resistance and dust generation resistance.

ここに開示される溶射皮膜の好ましい一態様は、上記希土類元素のハロゲン化物である希土類元素ハロゲン化物を実質的に含まない。また、上記希土類元素の酸化物である希土類元素酸化物を実質的に含まない態様であり得る。溶射皮膜が、希土類元素ハロゲン化物および/または希土類元素酸化物を含まないことで、耐発塵性が確実に向上されるために好ましい。 A preferred embodiment of the sprayed coating disclosed herein is substantially free of the rare earth element halide, which is the halide of the rare earth element. In addition, the mode may be substantially free of the rare earth element oxide, which is the oxide of the rare earth element. It is preferable that the sprayed coating does not contain a rare earth element halide and / or a rare earth element oxide because the dust generation resistance is surely improved.

ここに開示される溶射皮膜の好ましい一態様では、上記希土類元素としてイットリウムを含み、上記ハロゲン元素としてフッ素を含み、上記希土類元素オキシハロゲン化物としてイットリウムオキシフッ化物を含み、上記希土類元素ハロゲン化物としてフッ化イットリムを含む。かかる構成により、例えば、フッ素プラズマに対する耐エロージョン特性および耐発塵性に優れた溶射皮膜を構成することができる。 In a preferred embodiment of the spray coating disclosed herein, itolium is contained as the rare earth element, fluorine is contained as the halogen element, yttrium oxyfluoride is contained as the rare earth element oxyhalide, and fluorine is contained as the rare earth element halide. Includes fluorinated it rim. With such a configuration, for example, a thermal spray coating having excellent erosion resistance to fluorine plasma and dust generation resistance can be formed.

また、ここに開示する技術が提供する溶射皮膜付部材は、基材の表面に、上記のいずれかに記載の溶射皮膜が備えられていることを特徴としている。かかる構成により、耐プラズマエロージョン性と耐発塵性とに優れた皮膜付部材が提供される。 Further, the member with a thermal spray coating provided by the technique disclosed herein is characterized in that the surface of the base material is provided with the thermal spray coating according to any one of the above. With such a configuration, a coated member having excellent plasma erosion resistance and dust generation resistance is provided.

(a)〜(d)の4つの粉体のXRD回折パターン結果を例示した図である。It is a figure which illustrated the XRD diffraction pattern result of four powders (a)-(d). 一実施形態に係る溶射用材料の製造方法を例示したフローチャートである。It is a flowchart which illustrated the manufacturing method of the thermal spraying material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る溶射皮膜の製造方法について説明した図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the thermal spray coating which concerns on one Embodiment. (A1)(B1)は変質前後の溶射皮膜の断面の透過型電子顕微鏡(TEM)像の一例であり、(A2)(B2)は溶射皮膜の変質について模式的に説明した図である。(A1) and (B1) are examples of transmission electron microscope (TEM) images of the cross section of the sprayed coating before and after alteration, and (A2) and (B2) are diagrams schematically explaining the alteration of the sprayed coating. (a)は例5の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した観察像であり、(b)はその部分拡大図である。(A) is an observation image obtained by spraying the thermal spraying material of Example 5 and observing a cross section of the thermal spray coating with a scanning electron microscope (SEM), and (b) is a partially enlarged view thereof. (a)は例8の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜の断面をSEMで観察した観察像であり、(b)はその部分拡大図である。(A) is an observation image obtained by spraying the thermal spraying material of Example 8 and observing a cross section of the thermal spray coating by SEM, and (b) is a partially enlarged view thereof. 参考例の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜をSEMで観察した結果を例示した図である。It is a figure exemplifying the result of observing the thermal spray coating obtained by thermal spraying of the thermal spraying material of a reference example by SEM.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、明細書において数値範囲を示す「X〜Y」との表記は、特筆しない限り「X以上Y以下」を意味するものとする。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art. In the specification, the notation "XY" indicating the numerical range means "X or more and Y or less" unless otherwise specified.

[溶射用材料]
ここに開示される溶射用材料は、構成元素として、希土類元素(RE)、酸素(O)およびハロゲン元素(X)を含む。そして、この溶射用材料は、希土類元素オキシハロゲン化物(RE−O−X)と希土類元素ハロゲン化物(RE−X)との混晶を含むことを特徴としている。希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物とが混晶を形成していることで、溶射による高温環境においても互いの組成物の固溶率が変化されて安定状態を保つことができ、他の化合物(例えば、YやFなど)への酸化分解を抑制できると考えられる。
[Material for thermal spraying]
The thermal spraying material disclosed herein contains a rare earth element (RE), an oxygen (O) and a halogen element (X) as constituent elements. The thermal spraying material is characterized by containing a mixed crystal of a rare earth element oxyhalide (RE-OX) and a rare earth element halide (RE-X). Since the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide form a mixed crystal, the solid solution ratio of each composition is changed even in a high temperature environment by spraying, and a stable state can be maintained. It is considered that oxidative decomposition into compounds (for example, Y 2 O 3 and F 2) can be suppressed.

ここで混晶とは、化学組成の異なる2種以上の物質が互いに均一に混じり合って、結晶学的にほぼ均一な固相をなしているものをいう。混晶は、主に金属材料について用いられる用語「固溶体」「合金」等の概念をも包含する意味である。ここに開示される技術においては、希土類元素(RE)、酸素(O)およびハロゲン元素(X)の化合物である希土類元素オキシハロゲン化物(RE−O−X)と、希土類元素(RE)およびハロゲン元素(X)の化合物である希土類元素ハロゲン化物(RE−X)とが、混晶を形成している。このとき、混晶組成において、希土類元素オキシハロゲン化物は、希土類元素ハロゲン化物の存在に基づき、結晶相内にハロゲン元素を相対的に多く含んだ状態となり得る。例えば、希土類元素オキシハロゲン化物は、希土類元素ハロゲン化物からハロゲン元素を供給(ドープ)された状態にあると理解することができる。 Here, the mixed crystal means a substance in which two or more substances having different chemical compositions are uniformly mixed with each other to form a crystallographically substantially uniform solid phase. Mixed crystal is a meaning that also includes concepts such as the terms "solid solution" and "alloy" that are mainly used for metal materials. In the techniques disclosed herein, rare earth element oxyhalide (RE-OX), which is a compound of rare earth element (RE), oxygen (O) and halogen element (X), and rare earth element (RE) and halogen. The rare earth element halide (RE-X), which is a compound of the element (X), forms a mixed crystal. At this time, in the mixed crystal composition, the rare earth element oxyhalide may be in a state in which a relatively large amount of halogen element is contained in the crystal phase based on the presence of the rare earth element halide. For example, the rare earth element oxyhalide can be understood to be in a state where the halogen element is supplied (doped) from the rare earth element halide.

また、二つまたはそれ以上の異なる化合物が混晶を形成していることで、例えば、これらの化合物を構成する元素の元素比が溶射環境により変化しても、混晶における当該化合物の混合割合(以下、「固溶率」等という。)の変化として吸収することができる。例えば、本発明者らは、希土類元素オキシハロゲン化物と、希土類元素ハロゲン化物とが、純成分を除くほぼ全組成範囲(全混合割合)において混晶を形成することを確認している。つまり、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶は、全率固溶体であり得る。このことにより、ここに開示される溶射用材料は、溶射環境に晒されてハロゲン元素が揮発しても、化合物の分解等の化学反応や、結晶構造の大きな変化を生じることなく、混晶状態を維持することができる。 Further, since two or more different compounds form a mixed crystal, for example, even if the element ratio of the elements constituting these compounds changes depending on the spray environment, the mixing ratio of the compound in the mixed crystal It can be absorbed as a change in (hereinafter referred to as "solid solution ratio", etc.). For example, the present inventors have confirmed that rare earth element oxyhalides and rare earth element halides form mixed crystals in almost the entire composition range (total mixing ratio) excluding pure components. That is, the mixed crystal of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide can be a total solid solution. As a result, the thermal spraying material disclosed herein is in a mixed crystal state without causing a chemical reaction such as decomposition of a compound or a large change in the crystal structure even if the halogen element is volatilized by being exposed to the thermal spraying environment. Can be maintained.

具体的には、例えば、イットリウムオキシフッ化物(Y)やフッ化イットリウム(YF)は、下式(1),(2)に基づき、単独では溶射環境で容易に酸化物まで直接的に分解されてしまう。その結果、希土類元素酸化物とハロゲンガスを生成する。
+7/4O → 5/2Y+7/2F↑ …(1)
YF+1/2O → Y+3F↑ …(2)
しかしながら、これらの化合物が混晶であることで、下式(3)に示されるように、溶射環境において酸化されてハロゲンガスが揮発した場合であっても、混晶組成が変化することにより酸化物への分解は抑制される。
Specifically, for example, yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) and yttrium fluoride (YF 3 ) are easily oxides alone in a thermal spraying environment based on the following equations (1) and (2). Will be directly decomposed. As a result, rare earth element oxides and halogen gases are produced.
Y 5 O 4 F 7 + 7 / 4O 2 → 5 / 2Y 2 O 3 + 7 / 2F 2 ↑… (1)
YF 3 + 1 / 2O 2 → Y 2 O 3 + 3F 2 ↑… (2)
However, since these compounds are mixed crystals, as shown in the following formula (3), even when the halogen gas is volatilized by being oxidized in a thermal spraying environment, it is oxidized by changing the mixed crystal composition. Decomposition into substances is suppressed.

(Y−6YF)+2O→(2Y−YF)+4F↑ …(3)
(2Y−YF)+2O→3Y+4F↑+4F↑ …(4)
+1/2O→3YOF+7/2F↑ …(5)
また、上式(4)に示されるように、混晶においては、溶射用材料が純成分となるまで、酸化物へ直接的に分解されることが抑制され得る。混晶に固溶限界がある場合は、固溶限組成となるまで酸化物に直接的に分解されることが抑制される。また、混晶が酸化分解された場合であっても、分解生成物の化学組成は、混晶を構成する一の化合物(純成分)である希土類元素オキシハロゲン化物側に導くことができる。さらに、希土類元素オキシハロゲン化物がハロゲン元素の割合が高い化合物である場合、上式(5)に示されるように、よりハロゲン元素の割合が低い希土類元素オキシハロゲン化物へと変化してから、酸化物を形成する。その結果、希土類元素酸化物の生成をより一層抑制することができる。このことにより、ここに開示される溶射用材料は、希土類元素、酸素およびハロゲン元素を含むものでありながら、例えば、希土類元素ハロゲン化物の単体と比較した場合はもちろんのこと、希土類元素オキシハロゲン化物の単体やこれらの混合物と比較した場合であっても、溶射環境に晒されたときに酸化分解され難い。なお、以上の作用効果は、溶射用材料固有の特性であって、溶射方法に因らずに発揮される顕著な効果であり得る。
なお、上式中で、例えば「(Y−6YF)」との表記は、YとYFとがモル比で1:6の割合で混合して混晶を形成していることを意味している。
(Y 5 O 4 F 7 -6YF 3) + 2O 2 → (2Y 5 O 4 F 7 -YF 3) + 4F 2 ↑ ... (3)
(2Y 5 O 4 F 7- YF 3 ) + 2O 2 → 3Y 5 O 4 F 7 + 4F 2 ↑ + 4F 2 ↑… (4)
Y 5 O 4 F 7 + 1 / 2O 2 → 3YOF + 7 / 2F 2 ↑… (5)
Further, as shown in the above formula (4), in the mixed crystal, it is possible to suppress the direct decomposition into oxides until the thermal spraying material becomes a pure component. When the mixed crystal has a solid solution limit, it is suppressed from being directly decomposed into an oxide until it has a solid solution limit composition. Further, even when the mixed crystal is oxidatively decomposed, the chemical composition of the decomposition product can be led to the rare earth element oxyhalide side which is one compound (pure component) constituting the mixed crystal. Further, when the rare earth element oxyhalide is a compound having a high proportion of halogen elements, as shown in the above formula (5), it is changed to a rare earth element oxyhalide having a lower proportion of halogen elements and then oxidized. Form an object. As a result, the formation of rare earth element oxides can be further suppressed. As a result, although the material for spraying disclosed herein contains rare earth elements, oxygen and halogen elements, for example, when compared with a simple substance of rare earth element halides, of course, rare earth element oxyhalides Even when compared with simple substances or mixtures thereof, they are less likely to be oxidatively decomposed when exposed to a spray environment. It should be noted that the above-mentioned action and effect are characteristics peculiar to the thermal spraying material, and may be a remarkable effect exerted regardless of the thermal spraying method.
In the above formula, for example, reference to a "(Y 5 O 4 F 7 -6YF 3) " is, Y 5 O 4 F 7 and YF 3 in a molar ratio were mixed 1: 6 ratio of mixed It means that it forms crystals.

ここに開示される技術において、混晶を構成する希土類元素(RE)としては特に制限されず、スカンジウム,イットリウムおよびランタノイドの元素のうちから適宜に選択することができる。具体的には、スカンジウム(Sc),イットリウム(Y),ランタン(La),セリウム(Ce),プラセオジム(Pr),ネオジム(Nd),プロメチウム(Pm),サマリウム(Sm),ユウロピウム(Eu),ガドリニウム(Gd),テルビウム(Tb),ジスプロシウム(Dy),ホルミウム(Ho),エルビウム(Er),ツリウム(Tm),イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)である。耐プラズマエロージョン性を改善させたり、比較的低価格である等の観点から、Y,La,Gd,Tb,Eu,Yb,Dy,Ce等であることが好ましい。希土類元素は、これらのうちのいずれか1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。 In the technique disclosed herein, the rare earth element (RE) constituting the mixed crystal is not particularly limited, and can be appropriately selected from the elements of scandium, yttrium and lanthanoid. Specifically, scandium (Sc), yttrium (Y), lantern (La), cerium (Ce), placeodium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), Gadrinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), yttrium (Yb) and lutetium (Lu). From the viewpoint of improving plasma erosion resistance and relatively low price, Y, La, Gd, Tb, Eu, Yb, Dy, Ce and the like are preferable. The rare earth element may contain any one of these elements alone, or may contain two or more of them in combination.

また、ハロゲン元素(X)についても特に制限されず、元素周期律表の第17族に属する元素のいずれであっても良い。具体的には、フッ素(F),塩素(Cl),臭素(Br),ヨウ素(I)およびアスタチン(At)等のハロゲン元素が挙げられる。好ましくは、F,Cl,Brとすることができる。これらはいずれか1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。 Further, the halogen element (X) is not particularly limited, and may be any element belonging to Group 17 of the Periodic Table of the Elements. Specific examples thereof include halogen elements such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) and astatine (At). Preferably, it can be F, Cl, Br. These may contain any one kind alone, or may contain two or more kinds in combination.

ここで、混晶を構成する希土類元素オキシハロゲン化物(RE−O−X)としては、組成は特に限定されない。この希土類元素オキシハロゲン化物を構成する希土類元素(RE)と、ハロゲン元素(X)との組み合わせや、希土類元素(RE)、ハロゲン元素(X)および酸素(O)の割合についても特に制限されない。例えば、希土類元素オキシハロゲン化物としては、各種の希土類元素のオキシフッ化物、オキシ塩化物およびオキシ臭化物が代表的なものとして挙げられる。この希土類元素オキシハロゲン化物は、後述の希土類元素ハロゲン化物と混晶を形成することから、かかる希土類元素ハロゲン化物と共通の結晶構造を有するものであることが好ましい。そのような結晶構造とは、例えば、立方晶、正方晶、菱面体晶、六方晶、斜方晶(直方晶)、単斜晶、三斜晶等であってよい。なかでも、希土類元素オキシハロゲン化物としては、例えば、ハロゲン系プラズマに対する耐食性が比較的高いことが知られている、一般式:RE1−n1+2n(一般式中のnは0≦n<1を満たす。);で表される希土類元素のオキシフッ化物の結晶構造である斜方晶および/または菱面体晶であることが好ましい。好ましくは、上記一般式中のnが0<n<1のときの結晶構造である斜方晶であってよい。 Here, the composition of the rare earth element oxyhalide (RE-OX) constituting the mixed crystal is not particularly limited. The combination of the rare earth element (RE) and the halogen element (X) constituting the rare earth element oxyhalide and the ratio of the rare earth element (RE), the halogen element (X) and the oxygen (O) are not particularly limited. For example, as the rare earth element oxyhalide, oxyfluoride, oxychloride and oxybromide of various rare earth elements are typical examples. Since this rare earth element oxyhalide forms a mixed crystal with the rare earth element halide described later, it is preferable that the rare earth element oxyhalide has a crystal structure common to such a rare earth element halide. Such a crystal structure may be, for example, cubic crystal, tetragonal crystal, rhombic crystal, hexagonal crystal, orthorhombic crystal (orthorhombic crystal), monoclinic crystal, triclinic crystal or the like. Among them, as the rare earth element oxyhalide, for example, it is known that the corrosion resistance to halogen-based plasma is relatively high. General formula: RE 1 O 1-n F 1 + 2n (n in the general formula is 0 ≦ n). It is preferably an orbital crystal and / or a rhombohedral crystal having a crystal structure of an oxyfluoride of a rare earth element represented by <1.); Preferably, it may be an orthorhombic crystal having a crystal structure when n in the above general formula is 0 <n <1.

また、混晶を構成する希土類元素ハロゲン化物(RE−X)としては、組成は特に限定されない。この希土類元素ハロゲン化物を構成する希土類元素(RE)と、ハロゲン元素(X)との組み合わせやその割合についても特に制限されない。例えば、希土類元素ハロゲン化物としては、各種の希土類元素のフッ化物、塩化物および臭化物が代表的なものとして挙げられる。この希土類元素ハロゲン化物は、上述の希土類元素オキシハロゲン化物と混晶を形成することから、かかる希土類元素オキシハロゲン化物と共通の結晶構造を有することが好ましい。そのような結晶構造とは、例えば、立方晶、正方晶、菱面体晶、六方晶、斜方晶(直方晶)、単斜晶、三斜晶等であってよい。なかでも斜方晶および/または菱面体晶であることが好ましく、斜方晶であることがより好ましい。結晶構造が斜方晶の希土類元素ハロゲン化物としては、例えば、ハロゲン系プラズマに対する耐食性が比較的高いことが知られている、一般式:REF;で表される希土類元素フッ化物であってよい。 The composition of the rare earth element halide (RE-X) constituting the mixed crystal is not particularly limited. The combination of the rare earth element (RE) constituting the rare earth element halide and the halogen element (X) and the ratio thereof are not particularly limited. For example, as the rare earth element halide, various rare earth element fluorides, chlorides and bromides are typical examples. Since this rare earth element halide forms a mixed crystal with the above-mentioned rare earth element oxyhalide, it is preferable to have a crystal structure common to such a rare earth element oxyhalide. Such a crystal structure may be, for example, cubic crystal, tetragonal crystal, rhombic crystal, hexagonal crystal, orthorhombic crystal (orthorhombic crystal), monoclinic crystal, triclinic crystal or the like. Among them, orthorhombic and / or rhombohedral crystals are preferable, and orthorhombic crystals are more preferable. The rare earth element halide having an orthorhombic crystal structure may be, for example, a rare earth element fluoride represented by the general formula: REF 3; which is known to have relatively high corrosion resistance to halogen-based plasma. ..

なお、上記の希土類元素ハロゲン化物と希土類元素オキシハロゲン化物とが混晶を形成するためには、結晶格子(単位胞)の大きさが近いことが好適である。したがって、希土類元素ハロゲン化物と希土類元素オキシハロゲン化物とは、互いに共通の希土類元素を含むことができる。例えば、希土類元素オキシハロゲン化物と、希土類元素ハロゲン化物とに含まれる希土類元素は、それぞれ50モル%以上(好ましくは70モル%以上、より好ましくは80モル%以上、特に好ましくは90モル%以上、例えば、95モル%以上、実質的に100モル%)が共通する元素であってよい。 In order for the rare earth element halide and the rare earth element oxyhalide to form a mixed crystal, it is preferable that the crystal lattices (unit cells) are close in size. Therefore, the rare earth element halide and the rare earth element oxyhalide can contain a rare earth element common to each other. For example, the rare earth element oxyhalide and the rare earth element contained in the rare earth element halide are 50 mol% or more (preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, particularly preferably 90 mol% or more, respectively. For example, 95 mol% or more, substantially 100 mol%) may be common elements.

なお、上記の希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物とについては、希土類元素およびハロゲン元素が異なる場合も、同一あるいは類似の結晶構造をとり得る。したがって、以下に好適な一形態として、希土類元素がイットリウム(Y)を含み、ハロゲン元素がフッ素(F)を含み、希土類元素ハロゲン化物がフッ化イットリウム(YF)を含み、希土類元素オキシハロゲン化物がイットリウムオキシフッ化物(Y−O−F)を含む場合について説明する場合がある。かかるイットリウムオキシフッ化物としては、例えば、熱力学的に安定で、イットリウムと酸素とハロゲン元素との比が5:4:7の化学組成がYや、その他のYOF,Y,Y9,171423等の一般式:Y1−n1+2n(一般式中、0<n<1を満たす。);で表される化合物等であってよい。とくに、フッ化イットリウムと好適な混晶を形成し得てかつ酸素に対するフッ素の割合の高いYであってよい。なお、以下の説明においても、イットリウム(Y)の一部または全部を任意の希土類元素に、フッ素(F)の一部または全部を任意のハロゲン元素に置き換えることができる。 The rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide may have the same or similar crystal structure even when the rare earth element and the halogen element are different. Therefore, as one preferred form below, the rare earth element contains yttrium (Y), the halogen element contains fluorine (F), the rare earth element halide contains yttrium fluoride (YF 3 ), and the rare earth element oxyhalide. May include the case where yttrium oxyfluoride (YOF) is contained. Such yttrium oxy fluoride, for example, thermodynamically stable, the ratio of the yttrium, oxygen and halogen element 5: 4: 7 Chemical composition and Y 5 O 4 F 7, other YOF, Y 6 General formulas such as O 5 F 8 , Y 7 O 6 F 9, Y 17 O 14 F 23, etc .: Y 1 O 1-n F 1 + 2n (in the general formula, 0 <n <1 is satisfied); It may be a compound or the like. In particular, it may be Y 5 O 4 F 7 which can form a suitable mixed crystal with yttrium fluoride and has a high ratio of fluorine to oxygen. In the following description, part or all of yttrium (Y) can be replaced with an arbitrary rare earth element, and part or all of fluorine (F) can be replaced with an arbitrary halogen element.

ここに開示される混晶において、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との割合(固溶率という場合がある。)は特に制限されない。希土類元素オキシハロゲン化物に対して少しでも希土類元素ハロゲン化物が混じって(固溶して)いることで、混晶に含まれている希土類元素に対するハロゲン元素の割合が高められ、希土類元素オキシハロゲン化物の酸化分解が抑制されるために好ましい。かかる観点から、混晶を構成する希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との合計に占める希土類元素ハロゲン化物の割合は、5モル%以上であることが好ましく、20モル%以上であることがより好ましく、40モル%以上であることが特に好ましく、例えば、50モル%以上であり得る。一例として、60モル%以上や70モル%以上であってよい。しかしながら、混晶に占める希土類元素ハロゲン化物の割合が過剰となると、溶射時の高温環境においてハロゲン元素が揮発し易く、酸化抑制に寄与し難くなる虞がある。かかる観点から、混晶に占める希土類元素ハロゲン化物の割合は、95モル%以下であることが好ましく、90モル%以下がより好ましく、85モル%以下が特に好ましい。 In the mixed crystals disclosed herein, the ratio of the rare earth element oxyhalide to the rare earth element halide (sometimes referred to as the solid solution ratio) is not particularly limited. By mixing (solid-solving) the rare earth element halide with the rare earth element oxyhalide, the ratio of the halogen element to the rare earth element contained in the mixed crystal is increased, and the rare earth element oxyhalide It is preferable because the oxidative decomposition of the element is suppressed. From this point of view, the ratio of the rare earth element halide to the total of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide constituting the mixed crystal is preferably 5 mol% or more, preferably 20 mol% or more. More preferably, it is particularly preferably 40 mol% or more, and for example, it can be 50 mol% or more. As an example, it may be 60 mol% or more or 70 mol% or more. However, if the proportion of the rare earth element halide in the mixed crystal is excessive, the halogen element tends to volatilize in a high temperature environment at the time of thermal spraying, and there is a possibility that it is difficult to contribute to oxidation suppression. From this point of view, the ratio of the rare earth element halide in the mixed crystal is preferably 95 mol% or less, more preferably 90 mol% or less, and particularly preferably 85 mol% or less.

なお、より直接的には、ここに開示される溶射用材料は、上記のとおり希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶を含むことから、希土類元素オキシハロゲン化物からなる溶射用材料よりもハロゲン元素の割合が高められている。かかる溶射用材料において、希土類元素,酸素,ハロゲン元素の合計に占めるハロゲン元素の割合は、好ましくは45原子%以上であり、より好ましくは50原子%以上、例えば53原子%以上である。しかしながら、溶射用材料にハロゲン元素が過剰に含まれていても、溶射中に溶射用材料からハロゲン元素が揮発しやすくなるために好ましくない。したがって、溶射用材料において、希土類元素,酸素,ハロゲン元素の合計に占めるハロゲン元素の割合は、好ましくは73原子%以下であり、より好ましくは70原子%以下、例えば65原子%以下である。 More directly, the spraying material disclosed herein contains a mixed crystal of a rare earth element oxyhalide and a rare earth element halide as described above, and thus is a spraying material composed of a rare earth element oxyhalide. The proportion of halogen elements is higher than that. In such a material for spraying, the ratio of the halogen element to the total of the rare earth element, oxygen, and halogen element is preferably 45 atomic% or more, more preferably 50 atomic% or more, for example 53 atomic% or more. However, even if the thermal spraying material contains an excessive amount of halogen element, it is not preferable because the halogen element easily volatilizes from the thermal spraying material during thermal spraying. Therefore, in the material for spraying, the ratio of the halogen element to the total of the rare earth element, oxygen, and halogen element is preferably 73 atomic% or less, more preferably 70 atomic% or less, for example, 65 atomic% or less.

溶射用材料中に上記混晶が含まれていることの確認方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法で実施することができる。
まず、溶射用材料の組成と結晶構造とをX線回折(X-ray Diffraction:XRD)分析によって調べる。混晶のXRD回折パターンは、例えば、混晶を構成する二つの化合物の単体についての回折パターンのそれぞれが、例えば低角側にシフトするような形態で観察され得る。したがって、先ず、溶射用材料のXRD分析により、当該溶射用材料に含まれる物質の結晶構造を特定する。このとき、混晶とは別に、希土類元素オキシハロゲン化物や、希土類元素ハロゲン化物が同定される場合は、その組成(価数、元素比)まで特定するとよい。そして、得られた回折パターンにおいて、混晶を構成する希土類元素オキシハロゲン化物および希土類元素ハロゲン化物の回折パターンが、いずれもその形状を保ったままシフトした形態の回折パターンが見られたときに、これら希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶が含まれていると判断することができる。
The method for confirming that the mixed crystal is contained in the thermal spraying material is not particularly limited, but can be carried out by, for example, the following method.
First, the composition and crystal structure of the thermal spraying material are examined by X-ray Diffraction (XRD) analysis. The XRD diffraction pattern of the mixed crystal can be observed, for example, in a form in which each of the diffraction patterns of the two compounds constituting the mixed crystal is shifted to the low angle side, for example. Therefore, first, the crystal structure of the substance contained in the thermal spraying material is specified by XRD analysis of the thermal spraying material. At this time, if a rare earth element oxyhalide or a rare earth element halide is identified separately from the mixed crystal, it is preferable to specify the composition (valence, element ratio) as well. Then, in the obtained diffraction pattern, when the diffraction patterns of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide constituting the mixed crystal are both shifted while maintaining their shapes, the diffraction pattern is observed. It can be determined that a mixed crystal of these rare earth element oxyhalides and rare earth element halides is contained.

例えば、図1に、(a)〜(d)の4つの粉体のXRD回折パターンのイメージを示した。図1中の縦線は、左側から、YF結晶相のメインピーク位置(27.881°)、YOF結晶相のメインピーク位置(28.064°)、Y結晶相のメインピーク位置(28.114°)、Y結晶相のメインピーク位置(29.157°)をそれぞれ示している。なお、31°付近のピークは、YFに帰属されるピークである。
ここで、粉体(d)は、YF粉とY粉とを混合した混合粉であり、XRDパターンには、YF結晶相に基づく回折ピークとY結晶相に基づく回折ピークとがそれぞれ観察される。また、粉体(a)は、YF造粒粉を焼成した焼成粉であり、主相であるYF結晶相に基づく回折ピークに、わずかにYOF結晶相に基づく回折ピークが観察される。粉体(b)は、YF粉とY粉との造粒粉であり、YF結晶相とY結晶相とに基づく回折ピークがそれぞれ観察される。粉体(c)は、YF粉とY粉とを原料とした混晶からなる混晶粉である。しかしながら、粉体(c)のXRDパターンには、YF結晶相とY結晶相とに帰属される回折ピークは見られない。そして粉体(c)のXRDパターンは、YF粉とY粉との混合粉である化合物(d)の回折パターンを、低角側にシフトした形態に一致することがわかる。例えばこのようにして、混晶の含有を確認することができる。
For example, FIG. 1 shows images of XRD diffraction patterns of the four powders (a) to (d). The vertical lines in FIG. 1 are the main peak position of the YF 3 crystal phase (27.881 °), the main peak position of the YOF crystal phase (28.064 °), and the main of the Y 5 O 4 F 7 crystal phase from the left side. peak position (28.114 °), shows the main peak position of the Y 2 O 3 crystal phase (29.157 °) respectively. The peak near 31 ° is a peak attributed to YF 3.
Here, the powder (d) is a mixed powder obtained by mixing YF 3 powder and Y 5 O 4 F 7 powder, and the XRD pattern includes a diffraction peak based on the YF 3 crystal phase and Y 5 O 4 F 7 Diffraction peaks based on the crystal phase are observed respectively. Further, the powder (a) is a calcined powder obtained by calcining YF 3 granulated powder, and a diffraction peak based on the YOF crystal phase is slightly observed in the diffraction peak based on the YF 3 crystal phase which is the main phase. The powder (b) is a granulated powder of YF 3 powder and Y 2 O 3 powder, and diffraction peaks based on the YF 3 crystal phase and the Y 2 O 3 crystal phase are observed, respectively. The powder (c) is a mixed crystal powder composed of a mixed crystal of YF 3 powder and Y 5 O 4 F 7 powder as raw materials. However, the XRD pattern of the powder (c) is a diffraction peak attributed to the YF 3 crystal phase and Y 2 O 3 crystal phase is not observed. It can be seen that the XRD pattern of the powder (c) corresponds to the diffraction pattern of the compound (d), which is a mixed powder of the YF 3 powder and the Y 5 O 4 F 7 powder, shifted to the low angle side. .. For example, in this way, the content of mixed crystals can be confirmed.

なお、X線光電子分光(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)によっても、混晶の存在を確認することができる。しかしながら、粉体状の溶射用材料についてXPS分析を行うことは困難な場合があり得る。そのため、溶射用材料については、上記のXRD分析により混晶の有無を好適に確認することができる。なお、特に制限されるものではないが、後述の溶射皮膜については、例えば、XPS分析により混晶の有無を確認することができる。そして、一部の溶射用材料についても、XPS分析により混晶の有無を確認することができる。
XPS分析による混晶の確認では、まず、溶射用材料の構成元素とその電子状態をXPS分析等により測定する。溶射用材料にX線を照射することで、原子軌道の電子が励起されて、光電子として放出される。このとき放出される電子の結合エネルギーは、各元素とその酸化状態に固有の軌道エネルギーとなることから、X線光電子分光スペクトルを測定することで溶射用材料を構成する元素の種類と、その酸化状態に関する情報を得ることができる。例えば、溶射用材料物質の表面(典型的には、数ナノメートルの表面深さ)における元素分布を測定することができ、溶射用材料に含まれる希土類元素(RE)、ハロゲン元素(X)、および酸素(O)の原子比を把握することができる。
The presence of mixed crystals can also be confirmed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). However, it can be difficult to perform XPS analysis on powdered thermal spraying materials. Therefore, with respect to the thermal spraying material, the presence or absence of mixed crystals can be suitably confirmed by the above-mentioned XRD analysis. Although not particularly limited, the presence or absence of mixed crystals can be confirmed by, for example, XPS analysis for the sprayed coating described later. The presence or absence of mixed crystals can also be confirmed by XPS analysis for some thermal spraying materials.
In the confirmation of mixed crystals by XPS analysis, first, the constituent elements of the thermal spraying material and their electronic states are measured by XPS analysis or the like. By irradiating the thermal spraying material with X-rays, electrons in atomic orbitals are excited and emitted as photoelectrons. Since the binding energy of the electrons emitted at this time is the orbital energy peculiar to each element and its oxidation state, the types of elements constituting the injection material and its oxidation by measuring the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum are used. You can get information about the condition. For example, the elemental distribution on the surface of the material for spraying (typically a surface depth of several nanometers) can be measured, and the rare earth element (RE), halogen element (X), contained in the material for spraying can be measured. And the atomic ratio of oxygen (O) can be grasped.

また、例えば、希土類元素(以下の例ではイットリウム)の3d軌道のXPSスペクトルは2つの構成要素を有することから、3d5/2と3d3/2とに分離される。3d5/2のピークは低エネルギー側に、3d3/2のピークは高エネルギー側に現れる。表1に、金属イットリウム(Y)、イットリウムの酸化物(Y)、イットリウムのオキシフッ化物(YOF,Y)、イットリウムのハロゲン化物(YF,YBr,YCl,YI)、およびこれらの混晶(Y/Y,YOF/Y,YF/Y)における3d5/2軌道の電子の結合エネルギーの一測定例を示した。表1に示すように、例えば、混晶の3d5/2のピークは、混晶を形成する化合物の3d5/2のピークの間に現れることがわかる。具体的には、例えばフッ化イットリウム(YF)の3d5/2軌道のXPSピークは、およそ159.5〜160.5eVに出現する。なお、参考までに、フッ化イットリウムの3d3/2軌道のXPSピークは161.2eV近傍に出現する。また一方で、例えば、イットリウムオキシフッ化物(Y)におけるYの3d5/2軌道のXPSピークは、おおよそ158.25〜159eVの間に出現する。そして、イットリウムオキシフッ化物とフッ化イットリウムとの混晶(YF/Y)における3d軌道のXPSピークは、イットリウムオキシフッ化物におけるピークと、フッ化イットリウムにおけるピークとの間(159.0〜159.5eV)に現出することとなる。しかしながら、このとき、混晶については高エネルギー側に3d3/2についてのピークが見られない。換言すると、混晶において、イットリウムの3d軌道のXPSスペクトルは、低エネルギー側の3d5/2のピークに集約され得る。この現象の詳細は明らかではないが、イットリウムの3d3/2のピークが消失するか、3d5/2の側に大きくシフトするものと考えられる。そして混晶は、すなわち、少なくとも157〜159eVのエネルギー範囲にXPSピークが1つ観測されることで、イットリウムオキシフッ化物とフッ化イットリウムとの混晶を含むことを確認することができる。後述の実施例において具体的に示しているが、例えば溶射被膜が混晶を含む場合に、イットリウムの3d軌道のXPSスペクトルは1つのみが観察され、高エネルギー側の第2のピークは観測されない。このことから、本明細書における溶射皮膜がイットリウムオキシフッ化物とフッ化イットリウムとの混晶を含むとは、当該材料についてのイットリウムの3d軌道に由来するXPSスペクトルが3d5/2軌道に近い位置に(例えばおおよそ159〜159.5eV)の範囲に1つのみ観察されることと同意であると理解できる。あるいは、高エネルギー側に3d3/2のピークが見られないことと同意であると理解できる。 Further, for example, the XPS spectrum of the 3d orbital of a rare earth element (yttrium in the following example) has two components, so that it is separated into 3d 5/2 and 3d 3/2. The 3d 5/2 peak appears on the low energy side, and the 3d 3/2 peak appears on the high energy side. Table 1 shows the metal yttrium (Y), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), yttrium oxyfluoride (YOF, Y 5 O 4 F 7 ), yttrium halide (YF 3 , YBr 3 , YCl 3, YCl 3). An example of measuring the electron binding energy of 3d 5/2 orbitals in YI 3 ) and their mixed crystals (Y 2 O 3 / Y, YOF / Y 2 O 3 , YF 3 / Y 5 O 4 F 7). Indicated. As shown in Table 1, for example, it can be seen that the 3d 5/2 peak of the mixed crystal appears between the 3d 5/2 peaks of the compound forming the mixed crystal. Specifically, for example, the XPS peak of the 3d 5/2 orbital of yttrium fluoride (YF 3 ) appears at about 159.5 to 160.5 eV. For reference, the XPS peak of the 3d 3/2 orbital of yttrium fluoride appears in the vicinity of 161.2 eV. On the other hand, for example, the XPS peak of the 3d 5/2 orbital of Y in yttrium oxyfluoride (Y 5 O 4 F 7 ) appears between approximately 158.25 and 159 eV. The XPS peak of the 3d orbit in the mixed crystal of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride (YF 3 / Y 5 O 4 F 7 ) is between the peak in yttrium oxyfluoride and the peak in yttrium fluoride (YF 3 / Y 5 O 4 F 7). It will appear in 159.0 to 159.5 eV). However, at this time, for mixed crystals , no peak for 3d 3/2 is observed on the high energy side. In other words, in mixed crystals, the XPS spectrum of the yttrium 3d orbital can be aggregated to the 3d 5/2 peak on the low energy side. The details of this phenomenon are not clear, but it is considered that the 3d 3/2 peak of yttrium disappears or shifts significantly to the 3d 5/2 side. Then, it can be confirmed that the mixed crystal contains a mixed crystal of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride by observing one XPS peak in the energy range of at least 157 to 159 eV. As specifically shown in the examples described later, for example, when the thermal spray coating contains mixed crystals, only one XPS spectrum of the 3d orbital of yttrium is observed, and the second peak on the high energy side is not observed. .. From this, it is said that the thermal spray coating in the present specification contains a mixed crystal of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride at a position where the XPS spectrum derived from the 3d orbital of yttrium for the material is close to the 3d 5/2 orbital. It can be understood that it is agreed that only one is observed in the range (for example, approximately 159 to 159.5 eV). Alternatively, it can be understood that it is agreed that the peak of 3d 3/2 is not seen on the high energy side.

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なお、混晶における希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物とのそれぞれの割合(固溶率)は、例えば、XRD分析における希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物とのメインピークの比から把握することができる。より具体的には、例えば、希土類元素オキシハロゲン化物および希土類元素ハロゲン化物の固溶率を変化させた混晶のサンプルを数種類用意し、それぞれのサンプルについてXRD分析を行い、所定のピーク(例えば各相のメインピーク)のピーク高さと固溶率との関係を示す検量線を作成する。そしてこの検量線に、固溶率を測定したい溶射用材料の混晶に由来するピークの高さを当てはめることで、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との固容率(含有量)を定量することができる。なお、混晶のXPS分析におけるイットリウムの3d軌道のXPSスペクトル位置についても、検量線法を同様に採用することで固溶率を定量することができる。なお、混晶の存在の確認方法およびその固溶率の計算等は、上記の例示に限定されず、当業者であれば適切な各種の分析方法を適宜採用することができる。 The ratio (solid solution ratio) of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide in the mixed crystal can be grasped from, for example, the ratio of the main peaks of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide in the XRD analysis. can do. More specifically, for example, several types of mixed crystal samples in which the solid solution ratios of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide are changed are prepared, and XRD analysis is performed on each sample to perform a predetermined peak (for example, each). Create a calibration line showing the relationship between the peak height of the main peak of the phase and the solid solubility rate. Then, by applying the height of the peak derived from the mixed crystal of the material for spraying to which the solid solution rate is to be measured to this calibration curve, the solid solution rate (content) of the rare earth element oxyhalide and the rare earth element halide can be obtained. Can be quantified. The solid solution rate can also be quantified for the XPS spectrum position of the 3d orbital of yttrium in the XPS analysis of mixed crystals by similarly adopting the calibration curve method. The method for confirming the presence of mixed crystals and the calculation of the solid solution ratio thereof are not limited to the above examples, and those skilled in the art can appropriately adopt various appropriate analytical methods.

また、溶射用材料の組成分析を行う場合、例えば、エネルギー分散型X線分析(Energy Dispersive X-ray spectrometry:EDX)法を採用するようにしてもよい。EDX分析を行うことで、溶射用材料の構成元素を表面から数十μm程度から数cm程度の深さまで分析することができ、バルク組成を精度よく把握することができる。 Further, when analyzing the composition of the thermal spraying material, for example, an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) method may be adopted. By performing EDX analysis, the constituent elements of the thermal spraying material can be analyzed from the surface to a depth of about several tens of μm to several cm, and the bulk composition can be grasped accurately.

この混晶は、溶射用材料中に少しでも含まれることで、溶射中に溶射用材料が酸化分解されることを抑制することができる。つまり、形成される溶射皮膜中に、耐発塵性に劣る希土類元素の酸化物(例えば、イットリア(Y))やより酸素含有率の高い希土類元素オキシフッ化物が含まれる割合を低減することができる。また、溶射用材料の酸化分解に伴う溶射皮膜の気泡の包含を抑制することができ、緻密な溶射皮膜を形成することができる。したがって、混晶の割合は、溶射用材料中に少量(例えば1質量%以上)でも含まれていればよいが、このような効果を明瞭に得るためには、例えば、混晶の割合は30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上が特に好ましい。混晶の割合は90質量%以上であってよく、95質量%以上であってよく、98質量%以上であってよく、例えば99質量%以上であってよい。実質的には溶射用材料の100質量%が混晶であってよい。
なお、本明細書において「実質的に100質量%」が所定の化合物(例えば、混晶)であるとは、例えば、X線回折分析において、不可避的不純物を除き、当該化合物(例えば、混晶)以外の化合物が検出されないことであり得る。
By including this mixed crystal in the thermal spraying material as much as possible, it is possible to suppress the oxidative decomposition of the thermal spraying material during the thermal spraying. That is, during thermal spray coating formed, an oxide of rare earth element poor耐発dust (e.g., yttria (Y 2 O 3)) to reduce the rate that contain higher or than the oxygen content of the rare earth element oxyfluoride be able to. In addition, it is possible to suppress the inclusion of air bubbles in the thermal spray coating due to oxidative decomposition of the thermal spray material, and it is possible to form a dense thermal spray coating. Therefore, the ratio of mixed crystals may be contained in the thermal spraying material even in a small amount (for example, 1% by mass or more), but in order to clearly obtain such an effect, for example, the ratio of mixed crystals is 30. It is preferably 5% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, further preferably 75% by mass or more, and particularly preferably 80% by mass or more. The proportion of the mixed crystal may be 90% by mass or more, 95% by mass or more, 98% by mass or more, for example, 99% by mass or more. Substantially 100% by mass of the thermal spraying material may be a mixed crystal.
In addition, in this specification, "substantially 100% by mass" is a predetermined compound (for example, mixed crystal), for example, in X-ray diffraction analysis, excluding unavoidable impurities, the compound (for example, mixed crystal). It is possible that compounds other than) are not detected.

また、溶射用材料は、混晶や希土類元素オキシハロゲン化物、希土類元素フッ化物に比較して、耐発塵性に劣る希土類元素酸化物(典型的には単体、例えばY)の含有が抑制されていることが好ましい。希土類元素酸化物は、溶射用材料の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることが特に好ましい。例えば、溶射用材料は、希土類元素酸化物を実質的に含まないことがより好ましい。 Further, the spraying material, a mixed crystal or a rare earth element oxyhalide, compared to the rare earth element fluoride, containing rare earth element oxides poor耐発Dust (typically alone, for example, Y 2 O 3) Is preferably suppressed. The rare earth element oxide is preferably 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less of the thermal spraying material. For example, it is more preferable that the thermal spraying material is substantially free of rare earth element oxides.

同様に、溶射用材料は、混晶を構成しない希土類元素ハロゲン化物(典型的には単体、例えばYF)の含有が抑制されていることが好ましい。希土類元素ハロゲン化物は、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが特に好ましく、例えば、3質量%以下であってよい。例えば、溶射用材料は、希土類元素ハロゲン化物を実質的に含まないことがより好ましい。 Similarly, it is preferable that the thermal spraying material contains a rare earth element halide (typically a simple substance, for example, YF 3 ) that does not form a mixed crystal. The rare earth element halide is preferably 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, particularly preferably 5% by mass or less, and may be, for example, 3% by mass or less. For example, it is more preferable that the thermal spraying material is substantially free of rare earth element halides.

さらに、溶射用材料は、混晶を構成しない希土類元素オキシハロゲン化物(典型的には単体、例えばYOFやY)の含有が抑制されていることが好ましい。希土類元素オキシハロゲン化物は、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることが特に好ましく、例えば、3質量%以下であってよい。例えば、溶射用材料は、希土類元素オキシハロゲン化物を実質的に含まないことがより好ましい。 Further, the thermal spraying material is preferably contained in the rare earth oxyhalide that does not constitute a mixed crystal (typically alone, for example, YOF and Y 5 O 4 F 7) is suppressed. The rare earth element oxyhalide is preferably 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, particularly preferably 5% by mass or less, and may be, for example, 3% by mass or less. For example, it is more preferable that the thermal spraying material is substantially free of the rare earth element oxyhalide.

溶射用材料に含まれる希土類元素の酸化物は、溶射によって溶射皮膜中にそのまま希土類元素酸化物として含まれ得る。例えば、溶射用材料に含まれる酸化イットリウムは、溶射によって溶射皮膜中にそのまま酸化イットリウムとして存在し得る。この希土類元素酸化物(例えば酸化イットリウム)は、希土類元素オキシハロゲン化物に比べてプラズマ耐性が低い。そのため、この希土類元素酸化物が含まれた部分は極めて脆い変質層を生じやすく、変質層はハロゲン系プラズマに晒されたときに微細な粒子となって容易に脱離する。そして、この微細な粒子がパーティクルとして半導体基盤上に堆積する虞がある。したがって、ここに開示される溶射用材料においては、パーティクル源となる変質層が形成され易い希土類元素酸化物の含有を排除するようにしている。さらに、希土類元素オキシハロゲン化物は、比較的高い耐プラズマエロージョン特性を備えるものの、プラズマ環境においてハロゲンが揮発しやすく、一部が酸化分解してより酸素含有率の高い希土類元素オキシハロゲン化物や希土類元素酸化物へと分解され易い傾向にある。したがって、ここに開示される溶射用材料においては、希土類元素オキシハロゲン化物についても、ハロゲン系プラズマに晒されたときに酸化分解されにくいよう、希土類元素ハロゲン化物との混晶として含むようにしている。 The rare earth element oxide contained in the thermal spraying material can be directly contained as a rare earth element oxide in the thermal spray coating by thermal spraying. For example, yttrium oxide contained in a thermal spraying material can exist as yttrium oxide as it is in a thermal spray coating by thermal spraying. This rare earth element oxide (for example, yttrium oxide) has lower plasma resistance than the rare earth element oxyhalide. Therefore, the portion containing the rare earth element oxide tends to form an extremely brittle altered layer, and the altered layer becomes fine particles when exposed to halogen-based plasma and easily desorbs. Then, these fine particles may be deposited on the semiconductor substrate as particles. Therefore, in the thermal spraying material disclosed herein, the inclusion of a rare earth element oxide in which an altered layer serving as a particle source is likely to be formed is excluded. Furthermore, although rare earth element oxyhalides have relatively high plasma erosion resistance, halogens are easily volatilized in a plasma environment, and some of them are oxidatively decomposed to have a higher oxygen content. It tends to be easily decomposed into oxides. Therefore, in the thermal spraying material disclosed herein, the rare earth element oxyhalide is also included as a mixed crystal with the rare earth element halide so that it is not easily oxidatively decomposed when exposed to halogen-based plasma.

なお、ここに開示される技術において、ハロゲン系プラズマとは、典型的には、ハロゲン系ガス(ハロゲン化合物ガス)を含むプラズマ発生ガスを用いて発生されるプラズマである。例えば、具体的には、半導体基板の製造に際しドライエッチング工程などで用いられる、SF、CF、CHF、ClF、HF等のフッ素系ガスや、Cl、BCl、HCl等の塩素系ガス、HBr等の臭素系ガスの1種を単独で、または2種以上を混合して用いて発生されるプラズマが典型的なものとして例示される。これらのガスは、アルゴン(Ar)等の不活性ガスとの混合ガスとして用いても良い。 In the technique disclosed herein, the halogen-based plasma is typically a plasma generated by using a plasma-generating gas containing a halogen-based gas (halogen compound gas). For example, specifically, fluorogas such as SF 6 , CF 4 , CHF 3 , ClF 3 , HF and chlorine such as Cl 2 , BCl 3 , HCl used in the dry etching process in the production of semiconductor substrates. A typical example is a plasma generated by using one type of bromine-based gas such as a system gas or HBr alone or a mixture of two or more types. These gases may be used as a mixed gas with an inert gas such as argon (Ar).

上記の溶射用材料は、典型的には粉体の形態にて提供される。かかる粉体は、主として一次粒子の集合(凝集の形態が含まれても良い。)から構成される粉体であってもよいし、より微細な一次粒子が造粒されてなる造粒粒子で構成されていてもよい。しかしながら、溶射による溶射用材料の酸化を抑制するとの観点からは、比表面積の大きくなり得る造粒粒子ではないことが好ましい。粉体を構成する粒子は、溶射効率の観点から、例えば、平均粒子径が100μm程度以下であれば特に制限されず、平均粒子径の下限についても特に制限はない。溶射用材料の平均粒子径は、例えば、80μm以下とすることができ、好ましくは60μm以下、より好ましくは50μm以下程度、例えば40μm以下程度とすることができる。平均粒子径の下限についても特に制限はなく、かかる溶射用材料の流動性を考慮した場合に、例えば、5μm以上とすることができ、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、例えば20μm以上とすることができる。 The thermal spraying material is typically provided in powder form. Such a powder may be a powder mainly composed of an aggregate of primary particles (may include a form of agglomeration), or is a granulated particle obtained by granulating finer primary particles. It may be configured. However, from the viewpoint of suppressing the oxidation of the thermal spraying material due to thermal spraying, it is preferable that the particles are not granulated particles having a large specific surface area. From the viewpoint of thermal spraying efficiency, the particles constituting the powder are not particularly limited as long as the average particle size is about 100 μm or less, and the lower limit of the average particle size is also not particularly limited. The average particle size of the thermal spraying material can be, for example, 80 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 50 μm or less, for example, 40 μm or less. The lower limit of the average particle size is also not particularly limited, and when the fluidity of the thermal spraying material is taken into consideration, it can be, for example, 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, for example 20 μm or more. can do.

なお、本明細書において、溶射材料に係る「平均粒子径」とは、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置により測定される体積基準の粒度分布における積算値50%での粒径(積算50%粒径;D50)である。 In the present specification, the "average particle size" of the sprayed material is the particle size (integrated) at an integrated value of 50% in the volume-based particle size distribution measured by a particle size distribution measuring device based on the laser diffraction / scattering method. a D 50); 50% particle size.

また、溶射材料の比表面積は、溶射の際の酸化を好適に抑制するとの観点から、0.1m/g未満であることが好ましい。比表面積は、0.098m/g以下であることが好ましく、0.095m/g以下であることがより好ましく、0.093m/g以下であることが特に好ましい。このような小さい比表面積は、例えば、上記の好適平均粒子径を備える造粒粒子では実現できない値である。
溶射材料の比表面積は、BET法に基づき算出された値を採用することができる。具体的には、溶射材料について、ガス吸着法により得られる吸着等温線からBET法に基づいて単分子層のガス吸着量を求め、当該吸着ガスの分子大きさを基に比表面を算出するものである。かかる溶射材料の比表面積は、JIS Z 8830:2013(ISO9277:2010)「ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」の規定に準じて測定することができる。例えば、溶射粒子の比表面積の測定は、マイクロメリティックス社製の表面積測定装置、商品名「FlowSorb II 2300」を用いて行うことができる。
Further, the specific surface area of the thermal spraying material is preferably less than 0.1 m 2 / g from the viewpoint of preferably suppressing oxidation during thermal spraying. The specific surface area is preferably at 0.098m 2 / g or less, more preferably 0.095 2 / g or less, even more preferably at most 0.093m 2 / g. Such a small specific surface area is, for example, a value that cannot be realized by granulated particles having the above-mentioned suitable average particle size.
As the specific surface area of the sprayed material, a value calculated based on the BET method can be adopted. Specifically, for the sprayed material, the gas adsorption amount of the monolayer is obtained from the adsorption isotherm obtained by the gas adsorption method based on the BET method, and the specific surface area is calculated based on the molecular size of the adsorbed gas. Is. The specific surface area of the sprayed material can be measured according to the provisions of JIS Z 8830: 2013 (ISO9277: 2010) "Method for measuring the specific surface area of powder (solid) by gas adsorption". For example, the specific surface area of the sprayed particles can be measured using a surface area measuring device manufactured by Micromeritics, trade name "FlowSorb II 2300".

また、同様に、溶射の際の酸化を好適に抑制し、かつ、溶射皮膜をより緻密なものとして耐プラズマエロージョン性および耐発塵性を高めるとの観点から、溶射材料を構成する溶射粒子の表面には凹凸がなく、滑らかであることが好ましい。例えば、溶射材料について、細孔半径が1μm以下の累積細孔容積は、0.1cm/g以下とすることができる。この累積細孔容積は、0.05cm/g以下であってよく、0.03cm/g以下や、0.02cm/g以下であることが好ましい。さらに、この累積細孔容積は、0.01cm/g以下がより好ましい。また、このように、溶射材料の細孔半径1μm以下の累積細孔容積が小さいことで、緻密な溶射皮膜が形成できるために好ましい。なお、このような小さい累積細孔容積は、例えば、上記の好適平均粒子径を備える造粒粒子では実現できない値である。 Similarly, from the viewpoint of preferably suppressing oxidation during thermal spraying and enhancing the plasma erosion resistance and dust generation resistance by making the thermal spray coating more dense, the thermal spray particles constituting the thermal spray material The surface is preferably smooth with no irregularities. For example, for a sprayed material, the cumulative pore volume with a pore radius of 1 μm or less can be 0.1 cm 3 / g or less. The cumulative pore volume may be less 0.05cm 3 / g, 0.03cm 3 / g or less and is preferably not more than 0.02 cm 3 / g. Further, the cumulative pore volume is more preferably 0.01 cm 3 / g or less. Further, it is preferable that the cumulative pore volume of the sprayed material having a pore radius of 1 μm or less is small as described above, because a dense sprayed coating can be formed. It should be noted that such a small cumulative pore volume is a value that cannot be realized by, for example, granulated particles having the above-mentioned suitable average particle size.

溶射材料の累積細孔容積は、水銀圧入法に基づき算出することができる。水銀圧入法は、水銀の表面張力が大きいことを利用し、粉末の細孔に水銀を浸入させるために加えた圧力と圧入された水銀量との関係から、メソ領域からマクロ領域にかけての細孔分布を求める方法である。かかる水銀圧入法に基づく細孔分布測定は、例えば、JIS R1655:2003(ファインセラミックスの水銀圧入法による成形体気孔径分布試験方法)に基づいて実施することができる。例えば、溶射材料の累積細孔容積は、水銀圧入式ポロシメータ((株)島津製作所製、ポアサイザ9320)を用いて測定することができる。 The cumulative pore volume of the sprayed material can be calculated based on the mercury intrusion method. The mercury intrusion method utilizes the fact that the surface tension of mercury is large, and the pores from the meso region to the macro region are based on the relationship between the pressure applied to infiltrate the pores of the powder and the amount of mercury injected. This is a method for finding the distribution. The pore distribution measurement based on the mercury intrusion method can be carried out based on, for example, JIS R1655: 2003 (a method for testing the pore size distribution of a molded body by the mercury intrusion method of fine ceramics). For example, the cumulative pore volume of the sprayed material can be measured using a mercury press-fitting porosimeter (Poresizer 9320, manufactured by Shimadzu Corporation).

また、必ずしもこれに限定されるものではないが、溶射材料中に含まれる溶射粒子は、流動性を高めるとの観点から、平面視における平均円形度が0.5以上であることが好ましい。平均円形度は、0.55以上がより好ましく、0.6以上が特に好ましい。平均円形度の上限に特に制限はないが、ここに開示される溶射材料は、均一なマトリクスから構成されていることから、典型的には、平均円形度は1未満の値となり得る。 Further, although not necessarily limited to this, the sprayed particles contained in the sprayed material preferably have an average circularity of 0.5 or more in a plan view from the viewpoint of increasing the fluidity. The average circularity is more preferably 0.55 or more, and particularly preferably 0.6 or more. The upper limit of the average circularity is not particularly limited, but since the thermal spray material disclosed herein is composed of a uniform matrix, the average circularity can typically be less than one.

なお、本明細書において、平均円形度は画像解析法により得られた5000個以上の溶射材料を構成する粒子の平面視における円形度の算術平均値を採用することができる。円形度は、以下のようにして測定することができる。すなわち、具体的には、まず、溶射材料を測定用分散媒に分散させて測定用試料を調製する。測定用分散媒としては、溶射材料中の溶射粒子の凝集を抑制し、溶射粒子を分散状態に調整し得るものであれば特に制限されない。本実施形態においては、測定用分散媒として、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートを0.1質量%の濃度で添加したイオン交換水を用いた。また、測定用試料における溶射材料の割合は30質量%以下(本実施形態では30質量%)とした。このように用意した測定用試料をガラスセル等の測定容器に流し入れることで、溶射粒子の重なりの抑制された扁平な試料流を形成する。この試料流にストロボ光を照射して撮像することにより、測定用試料中に懸濁して流動している溶射粒子の静止画像を取得する。得られた溶射粒子の静止画像を画像解析することで円形度を算出する。円形度は、次式:(円形度)=(溶射粒子画像と同じ面積をもつ円の周囲長)/(溶射粒子の周囲長);として定義される。つまり、溶射粒子1個当たりの投影面積と、周囲長とから、円形度を算出する。この円形度を、5000個以上の溶射粒子について求め、その算術平均値を、平均円形度とする。本明細書において、上記の平均円形度は、フロー式粒子画像分析装置(シスメックス(株)製、FPIA−2100)を用いて算出した値を採用している。 In this specification, the arithmetic mean value of the circularity in the plan view of the particles constituting 5000 or more sprayed materials obtained by the image analysis method can be adopted as the average circularity. The circularity can be measured as follows. That is, specifically, first, the thermal spray material is dispersed in a dispersion medium for measurement to prepare a sample for measurement. The dispersion medium for measurement is not particularly limited as long as it can suppress the aggregation of the sprayed particles in the sprayed material and adjust the sprayed particles to a dispersed state. In the present embodiment, ion-exchanged water to which a surfactant, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, was added at a concentration of 0.1% by mass was used as the dispersion medium for measurement. The proportion of the sprayed material in the measurement sample was 30% by mass or less (30% by mass in this embodiment). By pouring the measurement sample prepared in this way into a measurement container such as a glass cell, a flat sample flow in which the overlap of the sprayed particles is suppressed is formed. By irradiating this sample flow with strobe light and taking an image, a still image of the sprayed particles suspended and flowing in the sample for measurement is acquired. The circularity is calculated by image analysis of the obtained still image of the sprayed particles. The circularity is defined by the following equation: (circularity) = (peripheral length of a circle having the same area as the sprayed particle image) / (peripheral length of the sprayed particle); That is, the circularity is calculated from the projected area per sprayed particle and the perimeter. This circularity is obtained for 5000 or more sprayed particles, and the arithmetic mean value thereof is defined as the average circularity. In the present specification, the above-mentioned average circularity uses a value calculated using a flow-type particle image analyzer (FPIA-2100, manufactured by Sysmex Corporation).

(溶射用材料の製造方法)
このような溶射用材料は、必ずしもこれに制限されるものではないが、例えば、以下の溶射用材料の製造方法に沿って好適に製造することができる。図2は、一実施形態としての溶射用材料の製造方法のフローチャートである。
(Manufacturing method of thermal spraying material)
Such a thermal spraying material is not necessarily limited to this, but can be suitably produced, for example, according to the following method for producing a thermal spraying material. FIG. 2 is a flowchart of a method for manufacturing a thermal spraying material as an embodiment.

(S1)原料の用意
すなわち、まず、溶射用材料の原料を用意する。原料としては、例えば、目的の混晶を構成する希土類元素ハロゲン化物および希土類元素酸化物の粉体を用いることができる。原料として用いる粉体の性状は特に制限されないが、均一な組成の混晶を形成するために、例えば、平均粒子径は0.1μm以上10μm程度の微細なものであることが好ましい。希土類元素ハロゲン化物の粉体と希土類元素酸化物の粉体との混合割合は、目的の混晶における混合割合(固溶率)に応じて決定することができる。例えば、所望の固溶率をそのまま原料粉末の混合割合としてもよい。希土類元素ハロゲン化物、希土類元素酸化物以外の粉体を原料として用いる場合には、化学量論組成で目的の混晶が得られるように、原料として用いる化合物とその割合とを適宜調整すればよい。
(S1) Preparation of Raw Material That is, first, a raw material for a thermal spraying material is prepared. As the raw material, for example, powders of rare earth element halides and rare earth element oxides constituting the target mixed crystal can be used. The properties of the powder used as a raw material are not particularly limited, but in order to form a mixed crystal having a uniform composition, for example, the average particle size is preferably as fine as 0.1 μm or more and about 10 μm. The mixing ratio of the rare earth element halide powder and the rare earth element oxide powder can be determined according to the mixing ratio (solid solution ratio) in the target mixed crystal. For example, the desired solid solution ratio may be used as it is as the mixing ratio of the raw material powder. When a powder other than a rare earth element halide or a rare earth element oxide is used as a raw material, the compound used as the raw material and its ratio may be appropriately adjusted so that the desired mixed crystal can be obtained in the stoichiometric composition. ..

(S2)造粒
次いで、用意した原料粉体を球状に造粒して造粒粉を作製する。この造粒工程を経ることで、後の焼成工程において角張った粒子が生成するのを防ぐことができ、流動性に優れた球形の溶射用材料を好適に得ることができる。造粒の手法としては特に制限されず、公知の各種の造粒法を採用することができる。例えば、具体的には、転動造粒法、流動層造粒法、撹拌造粒法、圧縮造粒法、押出造粒法、破砕造粒法、スプレードライ法等の手法の1つ以上を採用することができる。分散媒を介して原料粉体を簡便かつ高精度に均一混合できるとの観点から、スプレードライ法を好ましく採用することができる。スプレードライに用いる分散媒の種類は特に制限されず、水、低級アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数が5以下のアルコール)およびこれらの混合液等が挙げられる。また、分散媒には必要に応じてバインダを加えることができる。造粒の条件は使用する装置によるため一概には言えないが、例えば、大気中で400℃以下(例えば乾燥温度は120℃〜300℃程度)の温度範囲で造粒することが好ましい。造粒粉における造粒粒子の大きさは、原料粉体の平均粒子径と次工程の焼成工程による収縮を加味して決定すればよい。
(S2) Granulation Next, the prepared raw material powder is granulated into a spherical shape to prepare a granulated powder. By going through this granulation step, it is possible to prevent the formation of angular particles in the subsequent firing step, and a spherical thermal spraying material having excellent fluidity can be preferably obtained. The granulation method is not particularly limited, and various known granulation methods can be adopted. For example, specifically, one or more of the rolling granulation method, the fluidized bed granulation method, the stirring granulation method, the compression granulation method, the extrusion granulation method, the crushing granulation method, the spray-drying method and the like. Can be adopted. The spray-drying method can be preferably adopted from the viewpoint that the raw material powder can be uniformly and uniformly mixed through the dispersion medium with high accuracy. The type of dispersion medium used for spray drying is not particularly limited, and examples thereof include water, lower alcohols (for example, alcohols having 5 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, and propanol), and mixed solutions thereof. In addition, a binder can be added to the dispersion medium as needed. Since the granulation conditions depend on the apparatus used, it cannot be said unconditionally, but for example, it is preferable to granulate in the air in a temperature range of 400 ° C. or lower (for example, the drying temperature is about 120 ° C. to 300 ° C.). The size of the granulated particles in the granulated powder may be determined in consideration of the average particle size of the raw material powder and the shrinkage due to the firing step in the next step.

(S3)焼成
その後、造粒した造粒粉を焼成する。焼成では、造粒した粒子に含まれる個々の原料粒子を焼結させる。かかる焼結時に原料成分が互いに拡散し、混晶を形成する。ここに開示される溶射材料においては、造粒粒子に含まれる原料粒子を十分に焼結ないしは溶融させて一体化させることが好ましい。すなわち、造粒の体がほぼ見られなくなる程度にまで一体化させることが好ましい。焼成および溶融一体化の条件は、例えば、不活性雰囲気中、900℃〜1200℃程度で焼成することが例示される。焼成時間は造粒粒子の形態にもよるため特に限定されないが、例えば、1時間以上24時間以下(例えば、8時間以上15時間以下)程度を目安とすることができる。造粒粉の焼成には、一般的なバッチ式焼成炉や、連続式焼成炉等を特に限定されることなく利用することができる。焼成雰囲気は、配合した組成が変化されないように、例えば、不活性雰囲気とすることができる。不活性雰囲気とは、例えば、アルゴン(Ar),ネオン(Ne)等の希ガス雰囲気、窒素(N)等の非酸化性雰囲気、真空雰囲気等が挙げられる。なお、バッチ式焼成炉を用いる場合、例えば、炉内の雰囲気を不活性雰囲気とすればよい。また、連続式焼成炉を用いる場合は、例えば、焼成炉内のうちでも加熱が行われる領域(焼結が進行する領域)に希ガスや窒素等の不活性気流を導入して焼成を実施すればよい。ここに開示される溶射用材料の製造に際し、大気雰囲気や空気雰囲気は、焼結過程における原料成分の酸化が避けられないため、避けるべき態様である。なお、必須の工程ではないが、必要に応じて、焼成後に焼成物の解砕、分級等の工程を含めてもよい。これにより、ここに開示される溶射用材料を得ることができる(S4)。
(S3) Firing After that, the granulated powder is calcined. In firing, the individual raw material particles contained in the granulated particles are sintered. During such sintering, the raw material components diffuse with each other to form a mixed crystal. In the thermal spraying material disclosed herein, it is preferable that the raw material particles contained in the granulated particles are sufficiently sintered or melted to be integrated. That is, it is preferable to integrate the granulated bodies to the extent that they can hardly be seen. Examples of the conditions for firing and fusion integration include firing at about 900 ° C. to 1200 ° C. in an inert atmosphere. The firing time is not particularly limited because it depends on the form of the granulated particles, but can be, for example, about 1 hour or more and 24 hours or less (for example, 8 hours or more and 15 hours or less) as a guide. For firing the granulated powder, a general batch firing furnace, a continuous firing furnace, or the like can be used without particular limitation. The firing atmosphere can be, for example, an inert atmosphere so that the blended composition does not change. Examples of the inert atmosphere include a rare gas atmosphere such as argon (Ar) and neon (Ne), a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen (N 2), and a vacuum atmosphere. When a batch type firing furnace is used, for example, the atmosphere inside the furnace may be an inert atmosphere. When a continuous firing furnace is used, for example, an inert air stream such as a rare gas or nitrogen is introduced into a region where heating is performed (a region where sintering proceeds) in the firing furnace to perform firing. Just do it. In the production of the thermal spraying material disclosed herein, the air atmosphere and the air atmosphere are aspects that should be avoided because oxidation of the raw material components in the sintering process is unavoidable. Although it is not an essential step, if necessary, steps such as crushing and classifying the fired product may be included after firing. Thereby, the thermal spraying material disclosed herein can be obtained (S4).

なお、公知の一般的な造粒粉においては、一次粒子である微細粒子が、例えばバインダを介して単に一体的に集合(バインダによる結合)した状態であるか、これを焼結して強度を付与した形態であり得る。このような造粒粉における微細粒子の間隙には、比較的大きな気孔が介在し、造粒粒子の表面には微細粒径の形状に対応した凹凸がする。このように、一般的な造粒粉においては、比較的大きな気孔が造粒粒子間に存在することで「造粒」の意義を有している。そして、このような造粒粉については、細孔径が3μm以下の累積細孔容積が0.1cm/gを超過し得る。 In a known general granulated powder, fine particles, which are primary particles, are simply aggregated (bonded by a binder) via a binder, or are sintered to increase the strength. It can be in the given form. Relatively large pores are interposed in the gaps between the fine particles in such a granulated powder, and the surface of the granulated particles has irregularities corresponding to the shape of the fine particles. As described above, in general granulated powder, the presence of relatively large pores between the granulated particles has the meaning of "granulation". For such granulated powder, the cumulative pore volume having a pore diameter of 3 μm or less may exceed 0.1 cm 3 / g.

これに対し、造粒粉を十分に焼結させて溶融一体化させると、微細粒子は表面エネルギーを低下すべく物質移動し、結合部分(界面)の面積が次第に増加されて、微細粒子はより安定な球形へと丸みを帯びる。これと同時に、造粒粉の内部に存在する気孔が排出されて、緻密化が生じる。このように、ここに開示される溶射用材料は、造粒粉に比較して気孔の容量が減少していたり、気孔が消失したりし得る。そして、表面形態が滑らかな球体となり得る。なお、非酸化物材料の焼結に際しては、通常、材料の酸化が生じる。ここに開示される溶射用材料は、不活性雰囲気中での焼結により一体化されているため、上記のとおり酸化が抑制されている。これにより、従来の造粒粉には見られない混晶の形成が好適に実現される。 On the other hand, when the granulated powder is sufficiently sintered and melted and integrated, the fine particles move in order to reduce the surface energy, and the area of the bonding portion (interface) is gradually increased, so that the fine particles become more. Rounded into a stable sphere. At the same time, the pores existing inside the granulated powder are discharged, and densification occurs. As described above, the thermal spraying material disclosed herein may have a reduced pore capacity or disappeared pores as compared with the granulated powder. Then, the surface morphology can be a smooth sphere. When sintering a non-oxide material, oxidation of the material usually occurs. Since the thermal spraying material disclosed herein is integrated by sintering in an inert atmosphere, oxidation is suppressed as described above. As a result, the formation of mixed crystals not found in conventional granulated powder is preferably realized.

[溶射皮膜]
以上の溶射用材料を溶射することで、溶射皮膜を形成することができる。この溶射皮膜は、基材の表面に備えられていることで、溶射皮膜付部材等として提供される。以下、かかる溶射皮膜付部材と、溶射皮膜とについて説明する。
(基材)
ここに開示される溶射皮膜付部材において、溶射皮膜が形成される基材については特に限定されない。例えば、かかる溶射用材料の溶射に供して所望の耐性を備え得る材料からなる基材であれば、その材質や形状等は特に制限されない。かかる基材を構成する材料としては、例えば、各種の金属,半金属およびそれらの合金を含む金属材料や、各種の無機材料等が挙げられる。具体的には、金属材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄鋼、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、金、銀、ビスマス、マンガン、亜鉛、亜鉛合金等の金属材料;シリコン(Si),ゲルマニウム(Ge)等のIV族半導体、セレン化亜鉛(ZnSe),硫化カドミウム(CdS),酸化亜鉛(ZnO)等のII-VI族化合物半導体、ガリウムヒ素(GaAs),リン化インジウム(InP),窒化ガリウム(GaN)等のIII-V族化合物半導体、炭化ケイ素(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)等のIV族化合物半導体、銅・インジウム・セレン(CuInSe)などカルコパイライト系半導体等の半金属材料;などが例示される。無機材料としては、フッ化カルシウム(CaF),石英(SiO)の基板材料,アルミナ(Al),ジルコニア(ZrO)等の酸化物セラミックス、窒化ケイ素(Si),窒化ホウ素(BN),窒化チタン(TiN)等の窒化物セラミックス、炭化ケイ素(SiC),タングステンカーバイド(WC)等の炭化物系セラミックス等が例示される。これらの材料は、いずれか1種が基材を構成していてもよく、2種以上が複合化されて基材を構成していてもよい。なかでも、汎用されている金属材料のうち比較的熱膨張係数の大きい、各種SUS材(いわゆるステンレス鋼であり得る。)等に代表される鉄鋼、インコネル等に代表される耐熱合金、インバー,コバール等に代表される低膨張合金、ハステロイ等に代表される耐食合金、軽量構造材等として有用な1000シリーズ〜7000シリーズアルミニウム合金等に代表されるアルミニウム合金等からなる基材が好適例として挙げられる。かかる基材は、例えば、半導体デバイス製造装置を構成する部材であって、反応性の高い酸素ガスプラズマやハロゲンガスプラズマに晒される部材であってよい。なお、例えば、上述の炭化ケイ素(SiC)等は、便宜上、化合物半導体や無機材料等として異なるカテゴリーに分類され得るが、同一の材料である。
[Spray coating]
By spraying the above thermal spraying material, a thermal spray coating can be formed. Since this thermal spray coating is provided on the surface of the base material, it is provided as a member with a thermal spray coating or the like. Hereinafter, the member with the thermal spray coating and the thermal spray coating will be described.
(Base material)
In the member with a thermal spray coating disclosed herein, the base material on which the thermal spray coating is formed is not particularly limited. For example, the material and shape of the base material are not particularly limited as long as the base material is made of a material capable of having a desired resistance to the thermal spraying of the thermal spraying material. Examples of the material constituting such a base material include various metals, metal materials containing semimetals and alloys thereof, various inorganic materials, and the like. Specifically, as the metal material, for example, metal materials such as aluminum, aluminum alloy, iron, steel, copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, gold, silver, bismuth, manganese, zinc, zinc alloy; silicon ( Group IV semiconductors such as Si) and germanium (Ge), Group II-VI compound semiconductors such as zinc selenium (ZnSe), cadmium sulfide (CdS) and zinc oxide (ZnO), gallium arsenide (GaAs), indium phosphate (GaAs) Group III-V compound semiconductors such as InP) and gallium nitride (GaN), Group IV compound semiconductors such as silicon carbide (SiC) and silicon germanium (SiGe), chalcopyrite semiconductors such as copper, indium and selenium (CuInSe 2), etc. Semi-metal material; etc. are exemplified. Examples of the inorganic material include a substrate material of calcium fluoride (CaF) and quartz (SiO 2 ), oxide ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) and zirconia (ZrO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and nitride. Examples thereof include nitride ceramics such as boron (BN) and titanium nitride (TiN), and carbide ceramics such as silicon carbide (SiC) and tungsten carbide (WC). Any one of these materials may form a base material, or two or more types may be combined to form a base material. Among the widely used metal materials, steel represented by various SUS materials (which can be so-called stainless steel) having a relatively large coefficient of thermal expansion, heat-resistant alloys represented by Inconel, Inver, and Coval. Preferable examples include low expansion alloys typified by .. Such a base material may be, for example, a member constituting a semiconductor device manufacturing apparatus and may be a member exposed to highly reactive oxygen gas plasma or halogen gas plasma. For example, the above-mentioned silicon carbide (SiC) and the like can be classified into different categories as compound semiconductors, inorganic materials and the like for convenience, but they are the same material.

(溶射皮膜の形成方法)
なお、上記の溶射皮膜は、ここに開示される溶射用材料を公知の溶射方法に基づく溶射装置に供することで形成することができる。この溶射用材料は、溶射によって酸化され難い構成を備えているため、溶射方法は特に制限されない。そのため、例えば図3に示したように、上記溶射材料と、公知の各種の溶射方法との組み合わせを特に制限なく採用することができる。例えば、好適には、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法、高速プラズマ溶射法、コールドスプレー溶射法、その他、爆発溶射法、エアロゾルデポジション法等の溶射方法を採用することが例示される。
(Method of forming a thermal spray coating)
The thermal spray coating can be formed by subjecting the thermal spraying material disclosed herein to a thermal spraying apparatus based on a known thermal spraying method. Since this thermal spraying material has a structure that is not easily oxidized by thermal spraying, the thermal spraying method is not particularly limited. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, a combination of the above thermal spraying material and various known thermal spraying methods can be adopted without particular limitation. For example, preferably, a flame spraying method, a high-speed frame thermal spraying method, an arc thermal spraying method, a plasma thermal spraying method, a high-speed plasma thermal spraying method, a cold spray thermal spraying method, and other thermal spraying methods such as an explosive thermal spraying method and an aerosol deposition method are adopted. Is exemplified.

好適な一例として、プラズマ溶射法とは、溶射材料を軟化または溶融するための溶射熱源としてプラズマ炎を利用する溶射方法である。電極間にアークを発生させ、かかるアークにより作動ガスをプラズマ化すると、かかるプラズマ流はノズルから高温高速のプラズマジェットとなって噴出する。プラズマ溶射法は、このプラズマジェットに溶射材料を投入し、加熱、加速して基材に堆積させることで溶射皮膜を得るコーティング手法一般を包含する。なお、プラズマ溶射法は、大気中で行う大気プラズマ溶射(APS:atmospheric plasma spraying)や、大気圧よりも低い気圧で溶射を行う減圧プラズマ溶射(LPS:low pressure plasma spraying)、大気圧より高い加圧容器内でプラズマ溶射を行う加圧プラズマ溶射(high pressure plasma spraying)等の態様であり得る。プラズマ溶射で使用する作動ガスは、アルゴン(Ar)等に代表される希ガスや、水素(H)等に代表される還元性ガス、窒素(N)等に代表される非酸化性ガスや、これらの混合ガスを用いることができる。かかるプラズマ溶射によると、例えば、一例として、溶射材料を5000℃〜10000℃程度のプラズマジェットにより溶融および加速させることで、溶射材料を300m/s〜600m/s程度の速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。 As a preferred example, the plasma spraying method is a thermal spraying method in which a plasma flame is used as a thermal spraying heat source for softening or melting a thermal spray material. When an arc is generated between the electrodes and the working gas is turned into plasma by the arc, the plasma flow is ejected from the nozzle as a high-temperature and high-speed plasma jet. The plasma spraying method includes a general coating method for obtaining a thermal spray coating by charging a thermal spray material into the plasma jet, heating and accelerating it, and depositing it on a substrate. The plasma spraying method includes atmospheric plasma spraying (APS), low pressure plasma spraying (LPS), which is performed at a pressure lower than atmospheric pressure, and low pressure plasma spraying (LPS), which is performed at a pressure lower than atmospheric pressure. It may be an embodiment such as high pressure plasma spraying in which plasma spraying is performed in a pressure vessel. The working gas used in plasma spraying is a rare gas typified by argon (Ar) or the like, a reducing gas typified by hydrogen (H 2 ) or the like, and a non-oxidizing gas typified by nitrogen (N 2) or the like. Or, a mixed gas of these can be used. According to such plasma spraying, for example, by melting and accelerating the thermal spraying material with a plasma jet of about 5000 ° C. to 10000 ° C., the thermal spraying material collides with the substrate at a speed of about 300 m / s to 600 m / s. Can be allowed to deposit.

また、高速フレーム溶射法としては、例えば、酸素支燃型高速フレーム(HVOF)溶射法、ウォームスプレー溶射法および空気支燃型(HVAF)高速フレーム溶射法等を考慮することができる。
HVOF溶射法とは、燃料と酸素とを混合して高圧で燃焼させた燃焼炎を溶射のための熱源として利用するフレーム溶射法の一種である。燃焼室の圧力を高めることにより、連続した燃焼炎でありながらノズルから高速(超音速であり得る。)の高温ガス流を噴出させる。HVOF溶射法は、このガス流中に溶射材料を投入し、加熱、加速して基材に堆積させることで溶射皮膜を得るコーティング手法一般を包含する。HVOF溶射法によると、例えば、一例として、溶射材料を2000℃〜3000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することで、溶射材料を軟化または溶融させて、500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。高速フレーム溶射で使用する燃料は、アセチレン、エチレン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素のガス燃料であってもよいし、灯油やエタノールなどの液体燃料であってもよい。また、溶射材料の融点が高いほど超音速燃焼炎の温度が高い方が好ましく、この観点では、ガス燃料を用いることが好ましい。
Further, as the high-speed frame thermal spraying method, for example, an oxygen-supported high-speed frame (HVOF) thermal spraying method, a worm spray thermal spraying method, an air-supported (HVAF) high-speed frame thermal spraying method, and the like can be considered.
The HVOF thermal spraying method is a type of frame thermal spraying method in which a combustion flame obtained by mixing fuel and oxygen and burning them at high pressure is used as a heat source for thermal spraying. By increasing the pressure in the combustion chamber, a high-speed (possibly supersonic) high-temperature gas flow is ejected from the nozzle while being a continuous combustion flame. The HVOF thermal spraying method includes a general coating method for obtaining a thermal spray coating by putting a thermal spray material into this gas stream, heating and accelerating it, and depositing it on a substrate. According to the HVOF thermal spraying method, for example, by supplying the thermal spray material to a jet of supersonic combustion flame at 2000 ° C. to 3000 ° C., the thermal spray material is softened or melted to a high temperature of 500 m / s to 1000 m / s. It can be deposited by colliding with the substrate at a speed. The fuel used for high-speed flame spraying may be a gas fuel of hydrocarbons such as acetylene, ethylene, propane and propylene, or a liquid fuel such as kerosene and ethanol. Further, it is preferable that the temperature of the supersonic combustion flame is higher as the melting point of the thermal spray material is higher, and from this viewpoint, it is preferable to use gas fuel.

また、上記のHVOF溶射法を応用した、いわゆるウォームスプレー溶射法と呼ばれている溶射法を採用することもできる。ウォームスプレー溶射法とは、典型的には、上記のHVOF溶射法において、燃焼炎に室温程度の温度の窒素等からなる冷却ガスを混合する等して燃焼炎の温度を低下させた状態で溶射することで、溶射皮膜を形成する手法である。溶射材料は、完全に溶融された状態に限定されず、例えば、一部が溶融された状態であったり、融点以下の軟化状態にあったりするものを溶射することができる。このウォームスプレー溶射法によると、例えば、一例として、溶射材料を1000℃〜2000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することで、溶射材料を軟化または溶融させて、500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。 It is also possible to adopt a so-called warm spray thermal spraying method, which is an application of the above HVOF thermal spraying method. The warm spray spraying method is typically a thermal spraying method in which the temperature of the combustion flame is lowered by mixing a cooling gas composed of nitrogen or the like at a temperature of about room temperature with the combustion flame in the above HVOF thermal spraying method. This is a method of forming a thermal spray coating. The thermal spraying material is not limited to a completely melted state, and for example, a material that is partially melted or in a softened state below the melting point can be sprayed. According to this warm spray spraying method, for example, by supplying a thermal spray material to a jet of a supersonic combustion flame at 1000 ° C. to 2000 ° C., the thermal spray material is softened or melted to 500 m / s to 1000 m / s. It can be deposited by colliding with the base material at a high speed of.

HVAF溶射法とは、上記のHVOF溶射法において、支燃ガスとしての酸素に代えて空気を用いるようにした溶射法である。HVAF溶射法によると、HVOF溶射法と比較して溶射温度を低温とすることができる。例えば、一例として、溶射材料を1600℃〜2000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することにより、この溶射材料を軟化または溶融させて、溶射粒子を500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。 The HVAF thermal spraying method is a thermal spraying method in which air is used instead of oxygen as a combustion support gas in the above HVOF thermal spraying method. According to the HVAF thermal spraying method, the thermal spraying temperature can be lowered as compared with the HVOF thermal spraying method. For example, by supplying a sprayed material to a jet of supersonic combustion flame at 1600 ° C to 2000 ° C, the sprayed material is softened or melted to produce sprayed particles at a high speed of 500 m / s to 1000 m / s. Can be deposited by colliding with the base material.

また、上記の各溶射方法において、溶射用材料は粉体の形態で供給してもよいし、スラリーの形態で供給してもよい。スラリーは、粉体状の溶射用材料を分散媒に分散させることで調製することができる。分散媒としては、水系分散媒または非水系分散媒のいずれであってもよい。水系分散媒としては、水、水と水溶性の有機溶媒との混合物(混合水溶液)が挙げられる。有機溶媒としては、水と均質に混合し得る各種の有機溶剤を使用することができ、例えば、炭素数が1〜4の低級アルコールまたは低級ケトンが例示され、より具体的にはメタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどの1種または2種以上が挙げられる。非水系溶媒としては、典型的には水を含まない有機溶媒が挙げられる。かかる有機溶媒としては特に制限はなく、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、トルエン、ヘキサン、灯油等の有機溶媒の一種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることが挙げられる。スラリー中の溶射用材料の含有量、すなわち固形分濃度は、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましくは、30質量%以上がさらに好ましい。この場合、溶射用スラリーから単位時間あたりに製造される溶射皮膜の厚さ、すなわち溶射効率を向上させることが容易となる。スラリー中の溶射用材料の含有量は、70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、50質量%以下がさらに好ましい。この場合、溶射装置への良好な供給に適した所要の流動性を有する溶射用スラリー、すなわち溶射皮膜の形成に十分な所要の流動性を有する溶射用スラリーを得ることが容易となる。なお、このスラリーには、溶射用材料の分散性を好適に維持する等の目的で、分散剤、界面活性剤等の各種の添加剤が含まれてもよい。 Further, in each of the above-mentioned thermal spraying methods, the thermal spraying material may be supplied in the form of powder or in the form of slurry. The slurry can be prepared by dispersing the powdery thermal spraying material in a dispersion medium. The dispersion medium may be either an aqueous dispersion medium or a non-aqueous dispersion medium. Examples of the aqueous dispersion medium include water and a mixture of water and a water-soluble organic solvent (mixed aqueous solution). As the organic solvent, various organic solvents that can be mixed homogeneously with water can be used, and examples thereof include lower alcohols and lower ketones having 1 to 4 carbon atoms, and more specifically, methanol, ethanol, and the like. One type or two or more types such as n-propyl alcohol and isopropyl alcohol can be mentioned. The non-aqueous solvent typically includes an organic solvent that does not contain water. The organic solvent is not particularly limited, and for example, alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol, and one kind of organic solvent such as toluene, hexane and kerosene may be used alone or in combination of two or more. It can be used. The content of the thermal spraying material in the slurry, that is, the solid content concentration is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more. In this case, it becomes easy to improve the thickness of the thermal spray coating produced from the thermal spraying slurry per unit time, that is, the thermal spraying efficiency. The content of the thermal spraying material in the slurry is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and further preferably 50% by mass or less. In this case, it becomes easy to obtain a thermal spraying slurry having a required fluidity suitable for good supply to the thermal spraying apparatus, that is, a thermal spraying slurry having a sufficient fluidity for forming a thermal spray coating. In addition, this slurry may contain various additives such as a dispersant and a surfactant for the purpose of preferably maintaining the dispersibility of the thermal spraying material.

なお、必須ではないものの、図3に示したように、以上の溶射法においてはシュラウド装置を併用するようにしてもよい。シュラウド装置は、溶射中の溶射用材料や、形成される溶射皮膜の酸化をより高いレベルで抑制するための円筒状の装置である。このシュラウド装置により溶射ジェットの周囲にシュラウドガスを流すことで、溶射用材料および溶射ジェットを大気からシールドして基材表面に衝突させることができる。シュラウド装置は、例えば、溶射装置の溶射ガンのバレルに設置することができる。シュラウドガスとしては、例えば、アルゴン(Ar)や窒素(N)等に代表される不活性ガスを用いることができる。これにより、例えば、溶射用材料の過熱や酸化を抑制して、緻密で酸素含有量の低い溶射皮膜を得ることができる。 Although it is not essential, as shown in FIG. 3, a shroud device may be used in combination in the above thermal spraying method. The shroud device is a cylindrical device for suppressing the oxidation of the thermal spraying material during thermal spraying and the thermal spray coating formed at a higher level. By flowing the shroud gas around the thermal spray jet by this shroud device, the thermal spray material and the thermal spray jet can be shielded from the atmosphere and collide with the surface of the base material. The shroud device can be installed, for example, in the barrel of the thermal spray gun of the thermal spraying device. As the shroud gas, for example, an inert gas typified by argon (Ar), nitrogen (N 2 ) or the like can be used. Thereby, for example, overheating and oxidation of the thermal spraying material can be suppressed, and a dense thermal spray coating having a low oxygen content can be obtained.

(溶射皮膜)
ここに開示される溶射皮膜は、上記の溶射用材料が、例えば任意の基材の表面に溶射されることにより形成される。したがって、かかる溶射皮膜は、例えば、構成元素として希土類元素(RE)、酸素(O)およびハロゲン元素(X)を含む。また、ここに開示される溶射材料は、上記のように希土類元素のオキシハロゲン化物と希土類元素のハロゲン化物との混晶を含み得る。なお、上記の溶射材料の好ましい一態様では、表面が滑らかな粒子からなる粉体でありこのような溶射材料は、溶射に供された場合でも酸化され難く、酸化分解に伴うハロゲン元素の揮発が抑制されている。その結果、この溶射材料を溶射して得られる溶射皮膜は、緻密な組織を備えたものとなり得る。例えば、従来の混晶を含まない希土類元素オキシハロゲン化物からなる溶射用材料を用いて得られる溶射皮膜の気孔率が5.5%を超過する(例えば5.8%以上である)のに対し、ここに開示される溶射皮膜は、気孔率が例えば5.5%以下に低減されている。溶射皮膜の気孔率は、例えば、5%以下とすることができ、好ましくは4.5%以下であり、より好ましくは4%以下であり、特に好ましくは3.5%以下であり、例えば3%以下であってよい。これにより、ハロゲン系プラズマに晒された場合であっても、微細なパーティクルの発生が抑制された溶射皮膜が実現される。
(Spray coating)
The thermal spray coating disclosed herein is formed by spraying the above-mentioned thermal spraying material onto, for example, the surface of an arbitrary base material. Therefore, such a sprayed coating contains, for example, a rare earth element (RE), an oxygen (O) and a halogen element (X) as constituent elements. Further, the thermal spraying material disclosed herein may contain a mixed crystal of an oxyhalide of a rare earth element and a halide of a rare earth element as described above. In a preferred embodiment of the above-mentioned thermal spraying material, it is a powder composed of particles having a smooth surface, and such a thermal spraying material is difficult to be oxidized even when it is subjected to thermal spraying, and the halogen element volatilizes due to oxidative decomposition. It is suppressed. As a result, the thermal spray coating obtained by spraying this thermal spray material can have a dense structure. For example, the porosity of the thermal spray coating obtained by using a conventional thermal spraying material composed of a rare earth element oxyhalide containing no mixed crystals exceeds 5.5% (for example, 5.8% or more). , The sprayed coating disclosed herein has a porosity reduced to, for example, 5.5% or less. The porosity of the sprayed coating can be, for example, 5% or less, preferably 4.5% or less, more preferably 4% or less, particularly preferably 3.5% or less, for example 3 It may be less than or equal to%. As a result, even when exposed to halogen-based plasma, a thermal spray coating in which the generation of fine particles is suppressed is realized.

なお、ここに開示される溶射皮膜は、上記のとおり溶射用材料からハロゲン元素の揮発が抑制されて、希土類元素,酸素,ハロゲン元素の組成比が概ね維持された状態で形成され得る。したがって、従来の希土類元素オキシハロゲン化物からなる溶射用材料から得られる溶射皮膜と比較して、ハロゲン元素の含有量が高められている。溶射皮膜における、希土類元素,酸素,ハロゲン元素の合計に占めるハロゲン元素の割合は、好ましくは30原子%以上であり、より好ましくは35原子%以上である。しかしながら、溶射皮膜にハロゲン元素が過剰に含まれると、溶射皮膜の組成が希土類元素オキシハロゲン化物よりも希土類元素ハロゲン化物に近くなり、耐発塵性が低下し得るために好ましくない。したがって、溶射皮膜における希土類元素,酸素,ハロゲン元素の合計に占めるハロゲン元素の割合は、好ましくは55原子%以下であり、より好ましくは50原子%以下、例えば45原子%以下である。 The thermal spray coating disclosed herein can be formed in a state in which the volatilization of halogen elements is suppressed from the thermal spraying material as described above, and the composition ratios of rare earth elements, oxygen, and halogen elements are generally maintained. Therefore, the content of the halogen element is increased as compared with the thermal spray coating obtained from the conventional thermal spraying material composed of the rare earth element oxyhalide. The ratio of the halogen element to the total of the rare earth element, oxygen, and halogen element in the sprayed coating is preferably 30 atomic% or more, and more preferably 35 atomic% or more. However, if the sprayed coating contains an excessive amount of halogen elements, the composition of the sprayed coating becomes closer to the rare earth element halide than to the rare earth element oxyhalide, which is not preferable because the dust generation resistance may be lowered. Therefore, the ratio of the halogen element to the total of the rare earth element, oxygen, and halogen element in the sprayed coating is preferably 55 atomic% or less, more preferably 50 atomic% or less, for example, 45 atomic% or less.

また、このようにして得られる溶射皮膜は、溶射による溶射用材料の酸化が十分に抑制されている。そのため、上記の希土類元素(RE)、酸素(O)およびハロゲン元素(X)は、希土類元素オキシハロゲン化物として存在し得る。例えば、溶射皮膜は、希土類元素オキシハロゲン化物(RE−O−X)を主成分とする皮膜として構成される。
ここで「主成分」とは、溶射皮膜を構成する構成成分のうち、最も含有量が多い成分であることを意味している。具体的には、例えば、当該成分が溶射皮膜全体の50質量%以上を占めることを意味し、好ましくは75質量%以上、例えば80質量%以上を占めるものであってよい。かかる希土類元素オキシハロゲン化物については、上記の溶射用材料におけるのと同様であるため詳細な説明は省略する。
詳細な機構は明らかではないが、希土類元素オキシハロゲン化物は、耐発塵性および耐プラズマエロージョン性、特にハロゲン系プラズマに対する耐発塵性に優れる。したがって、希土類元素オキシハロゲン化物を主成分とする溶射皮膜は、極めて耐発塵性に優れたものであり得る。
Further, in the thermal spray coating thus obtained, oxidation of the thermal spraying material due to thermal spraying is sufficiently suppressed. Therefore, the above-mentioned rare earth element (RE), oxygen (O) and halogen element (X) can exist as a rare earth element oxyhalide. For example, the thermal spray coating is configured as a coating containing a rare earth element oxyhalide (RE-OX) as a main component.
Here, the "main component" means that the component has the highest content among the components constituting the thermal spray coating. Specifically, for example, it means that the component occupies 50% by mass or more of the entire sprayed coating, and preferably 75% by mass or more, for example, 80% by mass or more. Since the rare earth element oxyhalide is the same as that in the above-mentioned thermal spraying material, detailed description thereof will be omitted.
Although the detailed mechanism is not clear, the rare earth element oxyhalide is excellent in dust generation resistance and plasma erosion resistance, particularly dust generation resistance to halogen-based plasma. Therefore, the thermal spray coating containing the rare earth element oxyhalide as a main component can be extremely excellent in dust generation resistance.

さらに好ましい一態様では、ここに開示される溶射皮膜は、希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶を含み得る。すなわち、溶射用材料における混晶が、希土類元素ハロゲン化物の固溶率が低下される可能性があるものの、混晶としての含有が維持される。混晶の組成および被膜中の割合は特に制限されない。例えば、溶射皮膜に占める混晶の割合は、例えば、5質量%以上とすることができ、10質量%以上であってよく、15質量%以上が好ましく、例えば20質量%以上とすることができる。このことにより、より一層緻密で、耐プラズマエロージョン性および耐発塵性に優れた溶射皮膜が提供される。 In a more preferred embodiment, the sprayed coating disclosed herein may contain a mixed crystal of a rare earth element oxyhalide and a rare earth element halide. That is, although the solid solution ratio of the rare earth element halide may be lowered in the mixed crystal in the thermal spraying material, the content as the mixed crystal is maintained. The composition of the mixed crystal and the proportion in the coating film are not particularly limited. For example, the proportion of mixed crystals in the sprayed coating can be, for example, 5% by mass or more, 10% by mass or more, preferably 15% by mass or more, and for example, 20% by mass or more. .. This provides a sprayed coating that is even more dense and has excellent plasma erosion resistance and dust generation resistance.

また、ここに開示される溶射皮膜は、希土類元素ハロゲン化物を実質的に含まないものとして実現され得る。希土類元素のハロゲン化物が溶射皮膜に含まれると、かかる溶射皮膜が例えば酸素プラズマ等に晒されたときに、希土類元素ハロゲン化物の存在する部分が酸化され易い。希土類元素ハロゲン化物の酸化により希土類元素酸化物が生成すると、この希土類元素酸化物は部分的な変質層を形成し得る。変質層部分(希土類元素酸化物)は比較的硬質であるものの脆いため、ドライエッチング等によりプラズマ環境に晒されると、この変質層部分が剥がれて微細なパーティクルが発生(発塵)し得る。
これに対して、ここに開示される溶射皮膜は、希土類元素ハロゲン化物を実質的に含有しない。したがって、プラズマに晒された場合の微細なパーティクルの発生が抑制され、耐プラズマエロージョン性および耐発塵性に極めて優れたものとなり得る。
Further, the thermal spray coating disclosed herein can be realized as substantially free of rare earth element halides. When the rare earth element halide is contained in the sprayed coating, the portion where the rare earth element halide is present is easily oxidized when the sprayed coating is exposed to, for example, oxygen plasma. When a rare earth element oxide is formed by oxidation of a rare earth element halide, this rare earth element oxide can form a partially altered layer. Since the altered layer portion (rare earth element oxide) is relatively hard but brittle, when exposed to a plasma environment by dry etching or the like, the altered layer portion may peel off and fine particles may be generated (dust).
In contrast, the sprayed coatings disclosed herein are substantially free of rare earth element halides. Therefore, the generation of fine particles when exposed to plasma is suppressed, and the plasma erosion resistance and dust generation resistance can be extremely excellent.

なお、溶射皮膜がハロゲン系プラズマに晒されることにより形成される変質層について説明する。例えば、図4は、溶射皮膜(例えばY溶射皮膜)のフッ素プラズマに晒される(A1)前と(B1)後の断面のTEM像である。図から明らかなように、フッ素プラズマに晒された後の溶射皮膜は、表面近傍(表面から約50nmの領域)において、結晶組織に明らかな変調が認められる。このような変質層の形成は、溶射皮膜の組成が希土類元素酸化物の場合に顕著にみられる。この現象は、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、例えば、(A2)Yは1モルあたりの体積が22.7cm/molであり、反応性の高いフッ素プラズマに晒されることで、フッ化物(YF)が形成される。(B2)このYFの1モルあたりの体積は37.0cm/molであり、Yの場合の1.62倍である。つまり、ハロゲン系プラズマ照射による体積膨張の結果、溶射皮膜は被膜組織が結晶レベルで破壊されてポーラスとなり、その後の更なるプラズマの照射により容易に微細なパーティクルを発生するものと考えられる。 The altered layer formed by exposing the thermal spray coating to halogen-based plasma will be described. For example, Figure 4 is a thermal spray coating (e.g., Y 2 O 3 sprayed coating) exposed to fluorine plasma (A1) before and (B1) TEM image of a cross-section of the post. As is clear from the figure, in the sprayed coating after being exposed to the fluorine plasma, a clear modulation is observed in the crystal structure in the vicinity of the surface (a region of about 50 nm from the surface). The formation of such an altered layer is remarkable when the composition of the sprayed coating is a rare earth element oxide. This phenomenon is considered to be due to the following reasons. That is, for example, (A2) Y 2 O 3 has a volume of 22.7 cm 3 / mol per mole, and fluoride (YF 3 ) is formed by exposure to highly reactive fluorine plasma. (B2) The volume of YF 3 per mole is 37.0 cm 3 / mol, which is 1.62 times that of Y 2 O 3. That is, it is considered that as a result of the volume expansion by the halogen-based plasma irradiation, the coating structure of the sprayed coating is broken at the crystal level to become porous, and fine particles are easily generated by the subsequent irradiation with further plasma.

また、この溶射皮膜は、より好ましい態様として、上記の希土類元素の酸化物を実質的に含まないものとしても提供される。希土類の酸化物は、上記のとおり、比較的硬質であるものの脆いため、次のドライエッチング等によりプラズマ環境に晒された場合に微細なパーティクルを発生し得る。したがって、ここに開示される溶射皮膜は、この希土類元素酸化物も実質的に含まないことから、耐発塵性に極めて優れたものとなり得る。 Further, as a more preferable embodiment, the sprayed coating is also provided so as to be substantially free of the oxides of the above rare earth elements. As described above, rare earth oxides are relatively hard but brittle, so that fine particles can be generated when exposed to a plasma environment by the following dry etching or the like. Therefore, since the thermal spray coating disclosed herein does not substantially contain this rare earth element oxide, it can be extremely excellent in dust generation resistance.

なお、半導体デバイスの製造のためのドライエッチング装置においては、低パーティクル化が要求されている。このパーティクル発生要因としては、真空チャンバー内に付着した反応生成物の剥がれのほか、ハロゲンガスプラズマや酸素ガスプラズマを用いることによるチャンバーおよびその保護皮膜(溶射皮膜であり得る。)の劣化が挙げられる。そのため、従来の半導体デバイス製造装置は、プラズマに晒される部位をその耐プラズマエロージョン特性に応じて定められる所定の運転時間(プラズマ暴露時間)ごとに交換するようにしている。
溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性は、従来より、プラズマ照射による溶射皮膜の消耗量(例えば、エッチング量、エッチング速度等)により評価されてきた。なお、一例として、以下の4つの組成の溶射用材料から得られる溶射皮膜のフッ素系プラズマによる消耗量は、一般的には以下の順に多くなり、アルミナ(Al)の溶射皮膜がプラズマに最も侵食されやすく、Y溶射皮膜がプラズマにより最も侵食されにくいと評価されている。アルミナは、酸化物の中では最も硬質であることが知られており、Y,YOF,YFの溶射用材料から形成される溶射皮膜は、いずれもアルミナ溶射皮膜よりも高い耐プラズマエロージョン特性を備えているといえる。
<YOF<YF<<Al
It should be noted that in a dry etching apparatus for manufacturing a semiconductor device, reduction in particles is required. Factors for generating the particles include peeling of the reaction product adhering to the inside of the vacuum chamber, and deterioration of the chamber and its protective film (which may be a thermal spray coating) due to the use of halogen gas plasma or oxygen gas plasma. .. Therefore, in the conventional semiconductor device manufacturing apparatus, the part exposed to plasma is replaced every predetermined operation time (plasma exposure time) determined according to its plasma erosion resistance characteristics.
The plasma erosion resistance characteristics of the sprayed coating have been conventionally evaluated by the amount of consumption of the sprayed coating due to plasma irradiation (for example, the amount of etching, the etching rate, etc.). As an example, the amount of the thermal spray coating obtained from the thermal spraying materials having the following four compositions is generally increased in the following order, and the thermal spray coating of alumina (Al 2 O 3) is plasma. most eroded easily, Y 2 O 3 sprayed coating is rated as resistant to most eroded by plasma. Alumina, is in the oxide are known to be the most rigid, Y 2 O 3, YOF, spray coating formed of the thermal spraying material YF 3 is higher plasma resistance than either alumina sprayed coating It can be said that it has erosion characteristics.
Y 2 O 3 <YOF <YF 3 << Al 2 O 3

その一方で、パーティクルは粒径が大きいほど問題となり得るが、加工精度が精密化した近年では、粒径が0.2μm以下(0.2μm未満、例えば0.1μm以下)のパーティクルの発生も厳しく制限する必要が生じている。ここで0.2μm以下のパーティクルは、一粒の体積自体は小さいが、数が容易に増大し得るという特徴がある。そのため、0.2μm以下のパーティクルの発生は、「発塵」として、従来の比較的大きなパーティクルとは区別して考えることができる。本発明者らの検討によると、溶射皮膜から発塵するパーティクルの数や大きさは、半導体デバイス製造装置の運転時間(プラズマ暴露時間)ではなく、溶射皮膜の組成や組織、とりわけ組成に大きく影響されることが判明している。つまり、溶射皮膜がハロゲンガスプラズマや酸素ガスプラズマに晒されると、溶射皮膜の組成自体が変化(変質)し、また皮膜組織も変化されて、より微細なパーティクルの発生(すなわち発塵)を誘起し易くなると考えられる。このような溶射皮膜の発塵性は、一般的には、一例として溶射皮膜の組成によって以下の順に高くなることが確認されている。つまり、Yから形成される溶射皮膜は0.2μm以下のパーティクルを発生し易く、耐発塵性については劣ると評価される。
YOF<YF<Y
On the other hand, the larger the particle size of the particles, the more problematic it may be. However, in recent years when the processing accuracy has been refined, the generation of particles having a particle size of 0.2 μm or less (less than 0.2 μm, for example, 0.1 μm or less) is severe. There is a need to limit. Here, the particles having a size of 0.2 μm or less have a feature that the volume of one particle itself is small, but the number can be easily increased. Therefore, the generation of particles of 0.2 μm or less can be considered as “dust generation” in distinction from the conventional relatively large particles. According to the study by the present inventors, the number and size of particles emitted from the sprayed coating have a great influence on the composition and structure of the sprayed coating, especially the composition, not on the operating time (plasma exposure time) of the semiconductor device manufacturing apparatus. It is known that it will be done. In other words, when the sprayed coating is exposed to halogen gas plasma or oxygen gas plasma, the composition of the sprayed coating itself changes (altered), and the coating structure also changes, inducing the generation of finer particles (that is, dust generation). It is thought that it will be easier to do. It has been confirmed that the dust generation property of such a sprayed coating generally increases in the following order depending on the composition of the sprayed coating as an example. That is, the thermal spray coating formed from Y 2 O 3 tends to generate particles of 0.2 μm or less, and is evaluated to be inferior in dust generation resistance.
YOF <YF 3 <Y 2 O 3

これに対し、ここに開示される溶射用材料は、希土類元素ハロゲン化物(例えばYF)と希土類元素オキシハロゲン化物(例えばY)との混晶を含むことから、YFからなる溶射用材料や、YOFからなる溶射用材料よりも、溶射により酸化され難い。その結果、ここに開示される溶射用材料から形成される溶射皮膜は、希土類元素ハロゲン化物(例えばYF)や希土類元素オキシハロゲン化物(例えばY)といった耐発塵性の高い組成を備え得る。したがって、ここに開示される溶射用材料を用いることで、プラズマエロージョン特性と耐発塵性との両方に極めて優れた溶射皮膜を形成することが可能となる。従来の溶射皮膜によると、0.2μm以上のパーティクルが発生し得たが、ここに開示される溶射用材料を用いて溶射を行うことで、例えば、現在のドライエッチング環境下で、約0.2μm以上の粗大なパーティクルの発生要因となる変質層の形成が抑制される。ここに開示される溶射皮膜がドライエッチング環境下で腐食される場合、発生するパーティクルは、主として、約0.2μm以下(典型的には0.1μm以下)の大きさの粒子状の変質層により構成され、その数も抑制されるからである。したがって、ここに開示される溶射皮膜は、例えば、約0.2μm以下(例えば0.1μm以下、典型的には0.06μm以下、好ましくは19nm以下、さらに好ましくは5nm以下、最も好ましくは1nm以下)のパーティクルの発生が抑制されている。例えば、これらのパーティクルの発生数が実質的にゼロに抑えられている。 In contrast, thermal spray material disclosed herein, since it contains a mixed crystal of a rare earth element halides (e.g. YF 3) and rare earth oxyhalide (e.g. Y 5 O 4 F 7), from YF 3 It is less likely to be oxidized by thermal spraying than the thermal spraying material made of YOF or the thermal spraying material made of YOF. As a result, the thermal spray coating formed from the thermal spraying material disclosed herein has high dust generation resistance such as a rare earth element halide (for example, YF 3 ) and a rare earth element oxyhalide (for example, Y 5 O 4 F 7). It may have a composition. Therefore, by using the thermal spraying material disclosed herein, it is possible to form a thermal spraying film having extremely excellent both plasma erosion characteristics and dust generation resistance. According to the conventional thermal spray coating, particles of 0.2 μm or more could be generated, but by performing thermal spraying using the thermal spraying material disclosed here, for example, in the current dry etching environment, about 0. The formation of an altered layer that causes the generation of coarse particles of 2 μm or more is suppressed. When the sprayed coating disclosed herein is corroded in a dry etching environment, the generated particles are mainly due to a particulate alteration layer having a size of about 0.2 μm or less (typically 0.1 μm or less). This is because it is composed and its number is also suppressed. Therefore, the thermal spray coating disclosed herein is, for example, about 0.2 μm or less (for example, 0.1 μm or less, typically 0.06 μm or less, preferably 19 nm or less, more preferably 5 nm or less, most preferably 1 nm or less. ) Particles are suppressed. For example, the number of these particles generated is substantially suppressed to zero.

なお、このような溶射皮膜の耐発塵性は、例えば、この溶射皮膜を所定のプラズマ環境に晒した場合に発生するパーティクルの数により評価することができる。一般的なドライエッチングにおいては、真空容器(チャンバー)内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスを高周波やマイクロ波等により励起してプラズマを発生させ、ラジカルおよびイオンを生成する。このプラズマにより生成されたラジカル、イオンと、被エッチング物(典型的には、シリコンウェハ)とを反応させ、反応生成物を揮発性ガスとして真空排気系により外部に排気することにより、被エッチング物に対して微細加工を行うことができる。例えば、実際の平行平板型RIE(反応性イオンエッチング)装置においては、エッチング室(チャンバー)に一対の平行平板な電極を設置する。そして一方の電極に高周波を印加してプラズマを発生させ、この電極上にウェハを置いてエッチングを行う。プラズマは、10mTorr以上200mTorr以下程度の圧力帯域で発生される。エッチングガスとしては、上記のとおり、各種のハロゲンガスや酸素ガス、不活性ガスを考慮することができる。溶射皮膜の耐プラズマエロージョン性を評価する場合は、ハロゲンガスと酸素ガスとを含む混合ガス(例えば、アルゴンと四フッ化炭素と酸素とを所定の体積比で含む混合ガス)をエッチングガスとすることが好適である。エッチングガスの流量は、例えば、0.1L/分以上2L/分以下程度とすることが好ましい。 The dust generation resistance of such a sprayed coating can be evaluated by, for example, the number of particles generated when the sprayed coating is exposed to a predetermined plasma environment. In general dry etching, an etching gas is introduced into a vacuum vessel (chamber), and the etching gas is excited by a high frequency or a microwave to generate plasma to generate radicals and ions. Radicals and ions generated by this plasma are reacted with an object to be etched (typically a silicon wafer), and the reaction product is exhausted as a volatile gas to the outside by a vacuum exhaust system, whereby the object to be etched Can be finely processed. For example, in an actual parallel plate type RIE (reactive ion etching) apparatus, a pair of parallel plate electrodes are installed in an etching chamber. Then, a high frequency is applied to one of the electrodes to generate plasma, and a wafer is placed on this electrode to perform etching. Plasma is generated in a pressure band of about 10 mTorr or more and 200 mTorr or less. As the etching gas, as described above, various halogen gases, oxygen gases, and inert gases can be considered. When evaluating the plasma erosion resistance of the sprayed coating, a mixed gas containing halogen gas and oxygen gas (for example, a mixed gas containing argon, tetrafluorocarbon and oxygen in a predetermined volume ratio) is used as the etching gas. Is preferable. The flow rate of the etching gas is preferably, for example, about 0.1 L / min or more and 2 L / min or less.

そしてこのようなプラズマ環境下に溶射皮膜を所定時間(例えば、半導体基板(シリコンウェハ等)を2000枚処理する時間)置いたのちに発生するパーティクルの数を計測することで、溶射皮膜の耐プラズマエロージョン性を好適に評価することができる。ここでパーティクルは、高度な品質管理を実現するために、例えば、直径0.06μm以上のものを計測の対象とすることができるが、要求される品質に応じて適宜変更することも可能である。そして例えば、このような大きさのパーティクルが、半導体基板の単位面積当たりにいくつ堆積したかを算出し、パーティクル発生数(個/cm)を求めること等で、耐プラズマエロージョン性を評価することができる。
ここに開示される溶射皮膜の好ましい一態様については、かかるパーティクル発生数が、15個/cm以下程度に抑えられるものとして認識することができる。例えば、下記で規定される条件により発生されるパーティクル発生数を15個/cm以下とすることができる。このような構成により、耐プラズマエロージョン性が確実に向上された溶射皮膜が実現されるために好ましい。
Then, by measuring the number of particles generated after placing the sprayed coating in such a plasma environment for a predetermined time (for example, the time for processing 2000 semiconductor substrates (silicon wafers, etc.)), the plasma resistant coating is resistant to plasma. The erosion property can be suitably evaluated. Here, in order to realize a high level of quality control, for example, particles having a diameter of 0.06 μm or more can be measured, but the particles can be appropriately changed according to the required quality. .. Then, for example, the plasma erosion resistance is evaluated by calculating how many particles of such a size are deposited per unit area of the semiconductor substrate and obtaining the number of particles generated (pieces / cm 2). Can be done.
Regarding a preferable aspect of the thermal spray coating disclosed herein, it can be recognized that the number of such particles generated can be suppressed to about 15 particles / cm 2 or less. For example, the number of particles generated under the conditions specified below can be 15 particles / cm 2 or less. Such a configuration is preferable because a thermal spray coating having reliably improved plasma erosion resistance can be realized.

[パーティクル発生数カウント条件]
平行平板型プラズマエッチング装置の、上部電極に70mm×50mmの溶射皮膜を設置する。また、ステージに直径300mmのプラズマ処理対象の基板を設置する。そして、まず、溶射皮膜の長期使用後の状態を模すために、2000枚の基板(シリコンウェハ)に対してプラズマドライエッチング処理を施す、延べ100時間のダミーランを行う。プラズマ発生条件は、圧力:13.3Pa(100mTorr),エッチングガス:アルゴン,四フッ化炭素および酸素の混合ガス、印加電圧:13.56MHz,4000Wとする。その後、ステージに計測モニター用の基板(シリコンウェハ)を設置し、上記と同じ条件で30秒間プラズマを発生させる。そして、上記のプラズマ処理前後で、計測モニター用の基板の上に堆積した直径0.06μm以上のパーティクルの数をカウントする。このとき、カウントしたパーティクルの数を基板の面積で除した値をパーティクル発生数(個/cm)として評価に用いてもよい。なお、このとき、エッチングガスはアルゴンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスとする。また、エッチングガスの流量は、例えば、1L/分とする。
[Particle generation count condition]
A 70 mm × 50 mm thermal spray coating is installed on the upper electrode of the parallel plate type plasma etching apparatus. In addition, a substrate to be plasma-processed having a diameter of 300 mm is installed on the stage. Then, first, in order to imitate the state of the sprayed coating after long-term use, a dummy run for a total of 100 hours is performed in which 2000 substrates (silicon wafers) are subjected to plasma dry etching treatment. The plasma generation conditions are pressure: 13.3 Pa (100 mTorr), etching gas: argon, a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen, and an applied voltage of 13.56 MHz, 4000 W. After that, a substrate (silicon wafer) for a measurement monitor is placed on the stage, and plasma is generated for 30 seconds under the same conditions as above. Then, before and after the above plasma treatment, the number of particles having a diameter of 0.06 μm or more deposited on the substrate for the measurement monitor is counted. At this time, the value obtained by dividing the number of counted particles by the area of the substrate may be used for evaluation as the number of generated particles (pieces / cm 2). At this time, the etching gas is a mixed gas containing argon, carbon tetrafluoride, and oxygen. The flow rate of the etching gas is, for example, 1 L / min.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, some examples of the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.

[実施形態1]
[溶射用材料]
(参考例)
特許文献1(国際公開2014/002580号公報)の段落0045〜0051の実施例10の開示に従って参考例の溶射用材料を得た。具体的には、まず、湿式合成したフッ化イットリウムを大気雰囲気中、1125℃で12時間焼成したのち、スプレードライヤーを用いることで造粒・乾燥し、造粒物を得た。次いで、得られた造粒物をアルミナ製の容器に入れ、大気雰囲気中、電気炉中600℃で12時間焼成することで、造粒顆粒の形態の参考例の溶射用材料を得た。
[Embodiment 1]
[Material for thermal spraying]
(Reference example)
A thermal spraying material of a reference example was obtained according to the disclosure of Example 10 of paragraphs 0045 to 0051 of Patent Document 1 (International Publication No. 2014/002580). Specifically, first, the wet-synthesized yttrium fluoride was calcined at 1125 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then granulated and dried by using a spray dryer to obtain a granulated product. Next, the obtained granules were placed in an alumina container and fired in an electric furnace at 600 ° C. for 12 hours in an air atmosphere to obtain a thermal spraying material of a reference example in the form of granulated granules.

(例1〜2)
溶射用材料として、半導体デバイス製造装置内の部材の保護皮膜として一般に用いられている酸化イットリウム(Y)およびフッ化イットリウム(YF)の顆粒状の粉体を用意し、それぞれ例1〜2の溶射用材料とした。これらの材料は、平均粒子径が約3μmのYまたはYFの粉体を原料として用い、樹脂バインダとともに分散媒に固形分濃度50質量%で分散させたのち、回転ディスク型の噴霧乾燥造粒機を用いて造粒し、非酸化性雰囲気中、1000℃で焼結させることで用意した。
(Examples 1 and 2)
As a thermal spraying material, granular powders of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and yttrium fluoride (YF 3 ), which are generally used as a protective film for members in semiconductor device manufacturing equipment, were prepared, and Example 1 respectively. It was used as a material for thermal spraying of ~ 2. These materials, using a powder having an average particle size of about 3 [mu] m Y 2 O 3 or YF 3 as a raw material, after dispersed in a dispersion medium together with the resin binder at a solids concentration of 50 wt%, of the rotary disc spray It was prepared by granulating with a dry granulator and sintering at 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.

(例3〜4)
YOF(Yである。)およびYの組成を有するイットリウムオキシフッ化物の顆粒状の粉体を用意し、それぞれ例3〜4の溶射用材料とした。これらの溶射用材料は、平均粒子径が約3μmのYおよびYFの粉体を原料として用い、これらをYFが約40mol%および約50mol%の割合となるようにそれぞれ配合したのち、上記例1〜2と同様の条件で造粒し、焼結することで用意した。
(Examples 3-4)
Granular powders of yttrium oxyfluoride having the compositions of YOF (Y 1 O 1 F 1 ) and Y 5 O 4 F 7 were prepared and used as the thermal spraying materials of Examples 3 to 4, respectively. For these spray material has an average particle diameter using a powder of Y 2 O 3 and YF 3 to about 3μm as a raw material, were respectively compounded them as YF 3 is a ratio of about 40 mol% and about 50 mol% After that, it was prepared by granulating and sintering under the same conditions as in Examples 1 and 2.

(例5)
の組成を有するイットリウムオキシフッ化物の粉体(顆粒状ではない。)を用意し、例5の溶射用材料とした。この溶射用材料は以下の手順で作製した。すなわち、まず、平均粒子径が約3μmのYおよびYFの粉体を原料として用い、これらをYFが約50mol%の割合となるように配合し、樹脂バインダとともに分散媒に分散させてスラリーを調製した。次いで、このスラリーを超音波噴霧器を用いたスプレードライ法により造粒したのち、非酸化性雰囲気中、1000℃で十分に溶融ないしは焼結させることで用意した。
(Example 5)
A powder of yttrium oxyfluoride having a composition of Y 5 O 4 F 7 (not in the form of granules) was prepared and used as a thermal spraying material of Example 5. This thermal spraying material was prepared by the following procedure. That is, first, powders of Y 2 O 3 and YF 3 having an average particle size of about 3 μm are used as raw materials, and these are mixed so that YF 3 has a ratio of about 50 mol%, and dispersed in a dispersion medium together with a resin binder. To prepare a slurry. Next, this slurry was granulated by a spray-drying method using an ultrasonic nebulizer, and then sufficiently melted or sintered at 1000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere to prepare the slurry.

(例6〜8)
次に、固溶率の異なる組成を有するYとYFとの混晶からなる粉体(顆粒状ではない。)を用意し、それぞれ例6〜8の溶射用材料とした。これらの溶射用材料は、平均粒子径が約3μmのYおよびYFの粉体を原料として用い、これらをYFが約60mol%以上の所定の割合となるように配合し、樹脂バインダとともに分散媒に分散させてスラリーを調製した。その後は、上記例5と同様の条件で造粒し、溶融ないしは焼結させることで用意した。
(Examples 6 to 8)
Then, prepare a powder composed of a mixed crystal of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 having different compositions of the solid solution rate (not granular.), Was spraying material of Examples 6-8 respectively .. For these spray material is a powder having an average particle size of about 3μm of Y 2 O 3 and YF 3 used as a raw material, and blended them as YF 3 becomes a predetermined ratio greater than about 60 mol%, the resin A slurry was prepared by dispersing in a dispersion medium together with a binder. After that, it was prepared by granulating under the same conditions as in Example 5 above and melting or sintering.

(例6*〜8*)
なお、参考のため、上記例6〜8における造粒粉末の焼成を、非酸化性雰囲気中、1000℃で、造粒粒子の焼結が起こる程度で留めることで、造粒粉の形態の溶射用材料を用意した。
(Example 6 * to 8 *)
For reference, the firing of the granulated powder in Examples 6 to 8 above is performed in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. to the extent that the granulated particles are sintered, so that the granulated powder is sprayed in the form of granulated powder. Materials for use were prepared.

これらの溶射用材料の物性を調べ、下記の表2に示した。

Figure 0006918996
The physical characteristics of these thermal spraying materials were investigated and shown in Table 2 below.
Figure 0006918996

表2中の「溶射用材料」の「組成」の欄には、各溶射用材料について粉末X線回折分析をした結果、検出された結晶相または推定される大まかな組成を示した。同欄中、“Y2O3”は酸化イットリウムからなる相が、“YF3”はフッ化イットリウムからなる相が、“Y5O4F7”は化学組成がYで表されるイットリウムオキシフッ化物からなる相が検出されたことを示している。また、“Y5O4F7/YF3”は、イットリウムオキシフッ化物とフッ化イットリウムとの混晶が得られたことを示している。なお、参考までに、図1の粉末(c)のXRDパターンには、例8の溶射用材料についてXRD分析をした結果を採用している。 In the "Composition" column of "Thermal spraying material" in Table 2, the crystal phase detected as a result of powder X-ray diffraction analysis for each thermal spraying material or the estimated rough composition was shown. In the same column, "Y2O3" is composed of a phase composed of yttrium oxide, "YF3" is composed of a phase composed of yttrium fluoride, and "Y5O4F7" is composed of yttrium oxyfluoride having a chemical composition represented by Y 5 O 4 F 7. Indicates that a phase has been detected. Further, "Y5O4F7 / YF3" indicates that a mixed crystal of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride was obtained. For reference, the result of XRD analysis of the thermal spraying material of Example 8 is adopted as the XRD pattern of the powder (c) in FIG.

なお、かかる分析には、X線回折分析装置(RIGAKU社製,Ultima IV)を用い、X線源としてCuKα線(電圧20kV、電流10mA)を用い、走査範囲を2θ=10°〜70°、スキャンスピード10°/min、サンプリング幅0.01°として測定を行った。なお、発散スリットは1°、発散縦制限スリットは10mm、散乱スリットは1/6°、受光スリットは0.15mm、オフセット角度は0°に調整した。 For this analysis, an X-ray diffraction analyzer (Ultima IV, manufactured by RIGAKU) was used, CuKα rays (voltage 20 kV, current 10 mA) were used as the X-ray source, and the scanning range was 2θ = 10 ° to 70 °. The measurement was performed with a scan speed of 10 ° / min and a sampling width of 0.01 °. The divergence slit was adjusted to 1 °, the divergence vertical limiting slit was adjusted to 10 mm, the scattering slit was adjusted to 1/6 °, the light receiving slit was adjusted to 0.15 mm, and the offset angle was adjusted to 0 °.

「元素比」の欄には、各溶射用材料中のイットリウム(Y)、酸素(O)、フッ素(F)の濃度(原子(%))を、EDX分析装置(株式会社堀場製作所製,EX−250SE)を用いて測定した結果を示した。 In the "Element ratio" column, the concentration (atom (%)) of yttrium (Y), oxygen (O), and fluorine (F) in each material for spraying is shown in the EDX analyzer (manufactured by HORIBA, Ltd., EX). The results of measurement using −250SE) are shown.

「モル比/固溶率」の欄には、各溶射用材料に含まれるY相、YOF相、YF相およびY相の割合を、全体の合計が100mol%となるように示した。各相の割合は、X線回折パターンにおける各結晶相の最大ピークのピーク高さの比から算出した。なお、例6〜8の溶射用材料については、混晶におけるY相とYF相との固溶率を、両者の合計が100mol%算出して示した。 The column of "molar ratio / solute rate", Y 5 O 4 F 7 phase contained in the thermal spraying materials, YOF phase, the proportion of the YF 3 phase and Y 2 O 3 phase, the sum of the total 100 mol% It was shown to be. The ratio of each phase was calculated from the ratio of the peak heights of the maximum peaks of each crystal phase in the X-ray diffraction pattern. Note that the spraying material of Examples 6-8, the rate of solid solution and Y 5 O 4 F 7 phase and YF 3 phase in the mixed crystal, both total showed calculates 100 mol%.

「粒度分布」の欄には、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(HORIBA製,LA−300)を用いて測定される、各溶射用材料の体積基準の粒度分布測定の結果を示した。「<20」の欄には、粒子径が20μm以下の粒子の体積割合(%)を示し、
「D10」、「D50」、「D90」の欄には、得られた粒度分布に基づく累積10%粒径、累積50%粒径(平均粒子径)、累積90%粒径をそれぞれ示した。
In the "particle size distribution" column, the results of volume-based particle size distribution measurement of each material for spraying, which are measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by HORIBA, LA-300), are shown. .. In the column of "<20", the volume ratio (%) of the particles having a particle size of 20 μm or less is shown.
In the columns of "D10", "D50", and "D90", the cumulative 10% particle size, the cumulative 50% particle size (average particle size), and the cumulative 90% particle size based on the obtained particle size distribution are shown, respectively.

「累積細孔容積」の欄には、各溶射材料について細孔分布特性を測定し、その結果から算出した、細孔半径が1μm以下の細孔の累積細孔容積を、水銀圧入式ポロシメータ((株)島津製作所製、ポアサイザ9320)を用いて測定した結果を示した。 In the "Cumulative pore volume" column, the pore distribution characteristics of each sprayed material are measured, and the cumulative pore volume of pores with a pore radius of 1 μm or less calculated from the results is measured by a mercury intrusion porosimeter (mercury press-fitting porosimeter). The results of measurement using a Pore Sizer 9320) manufactured by Shimadzu Corporation are shown.

「粉末タイプ」の欄には、各溶射用材料が顆粒である場合に「顆粒」、造粒したのち焼結し溶融一体化させた場合に「溶融」と示した。 In the column of "powder type", "granule" is shown when each thermal spraying material is granule, and "melt" is shown when granulated and then sintered and fused and integrated.

(溶射皮膜の形成)
また、No.1〜9の溶射用材料を用い、表2に示したプラズマ溶射機を用いて溶射することで、No.1〜9−2の溶射皮膜を備える溶射皮膜付部材を作製した。溶射条件は、以下の通りとした。
すなわち、まず、被溶射材である基材としては、アルミニウム合金(Al6061)からなる板材(70mm×50mm×2.3mm)を用意し、褐色アルミナ研削材(A#40)によるブラスト処理を施して用いた。プラズマ溶射には、市販のプラズマ溶射装置「SG−100」(Praxair Surface Technologies社製)を用いて行った。SG−100を用いた溶射におけるプラズマ発生条件は、溶射ガス(プラズマ作動ガス)としてアルゴンガス50psi(0.34MPa)とヘリウムガス50psi(0.34MPa)とを用い、電圧37.0V,電流900Aの条件でプラズマを発生させた。なお、溶射装置への溶射用材料の供給には、粉体供給機(Praxair Surface Technologies社製,Model1264型)を用い、溶射用材料を溶射装置に20g/minの速度で供給し、厚さ200μmの溶射皮膜を形成した。なお、溶射ガンの移動速度は24m/min、溶射距離は90mmとした。
(Formation of thermal spray coating)
In addition, No. By using the thermal spraying materials 1 to 9 and spraying using the plasma sprayer shown in Table 2, No. A member with a thermal spray coating having 1 to 9-2 thermal spray coatings was produced. The thermal spraying conditions were as follows.
That is, first, as a base material to be sprayed, a plate material (70 mm × 50 mm × 2.3 mm) made of an aluminum alloy (Al6061) is prepared and blasted with a brown alumina abrasive (A # 40). Using. Plasma spraying was performed using a commercially available plasma spraying device "SG-100" (manufactured by Praxair Surface Technologies). The plasma generation conditions for thermal spraying using SG-100 are that argon gas 50 psi (0.34 MPa) and helium gas 50 psi (0.34 MPa) are used as the thermal spray gas (plasma working gas), the voltage is 37.0 V, and the current is 900 A. Plasma was generated under the conditions. A powder feeder (Praxair Surface Technologies, Model 1264) was used to supply the thermal spraying material to the thermal spraying apparatus, and the thermal spraying material was supplied to the thermal spraying apparatus at a speed of 20 g / min, and the thickness was 200 μm. A sprayed coating was formed. The movement speed of the thermal spray gun was 24 m / min, and the thermal spray distance was 90 mm.

(溶射皮膜)
このようにして得られた溶射皮膜との特性を調べ、表2に併せて示した。
なお、表2中の「気孔率」の欄には、各溶射皮膜の気孔率の測定結果を示した。気孔率の測定は以下のようにして行った。すなわち、溶射皮膜を基材の表面に直交する面で切断し、得られた断面を樹脂埋め研磨した後、デジタルマイクロスコープ(オムロン株式会社製、VC−7700)を用いてその断面画像を撮影した。そして、この画像を、画像解析ソフト(株式会社日本ローパー製、Image Pro)を用いて解析することにより、断面画像中の気孔部分の面積を特定し、かかる気孔部分の面積が全断面に占める割合を算出することにより求めた。なお、参考のために、例5および例8の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜の断面をSEMにより観察した結果を図5および6にそれぞれ示した。
(Spray coating)
The characteristics with the sprayed coating thus obtained were investigated and shown in Table 2.
In the column of "porosity" in Table 2, the measurement results of the porosity of each sprayed coating are shown. The porosity was measured as follows. That is, the sprayed coating was cut at a plane orthogonal to the surface of the base material, the obtained cross section was resin-filled and polished, and then a cross-sectional image was taken using a digital microscope (manufactured by OMRON Corporation, VC-7700). .. Then, by analyzing this image using image analysis software (Image Pro manufactured by Nippon Roper Co., Ltd.), the area of the pore portion in the cross-sectional image is specified, and the area of the pore portion occupies the entire cross section. Was obtained by calculating. For reference, the results of observing the cross sections of the thermal spray coatings obtained by spraying the thermal spraying materials of Examples 5 and 8 by SEM are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.

「未溶融粒の有無」の欄には、溶射皮膜を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、溶射皮膜中に溶射用材料が未溶融状態で残存しているか否かを観察した結果を示した。「有」は溶射皮膜中に未溶融粒子が確認されたことを示し、「無」は溶射皮膜中に未溶融粒子が確認されなかったことを示す。なお、参考のために、参考例の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜を観察した結果を図7に示した。
「元素比」の欄には、各溶射皮膜中のイットリウム(Y)、酸素(O)、フッ素(F)の濃度(原子(%))を上記と同じEDX分析装置を用いて測定した結果を示した。
In the column of "presence or absence of unmelted particles", the result of observing the thermal spray coating with a scanning electron microscope (SEM) and observing whether or not the thermal spraying material remains in the thermal spray coating in an unmelted state is shown. rice field. "Yes" indicates that unmelted particles were confirmed in the sprayed coating, and "No" indicates that no unmelted particles were confirmed in the sprayed coating. For reference, FIG. 7 shows the results of observing the thermal spray coating obtained by spraying the thermal spraying material of the reference example.
In the "Element ratio" column, the results of measuring the concentrations (atoms (%)) of yttrium (Y), oxygen (O), and fluorine (F) in each sprayed coating using the same EDX analyzer as above are shown. Indicated.

「XRD強度比」の欄には、各溶射皮膜について粉末X線回折分析の結果得られた回折パターンにおいて、検出された各結晶相のメインピークの強度を、最も高いメインピーク強度を100とした相対値として示した。なお、参考までに、各結晶相のメインピークは、Yについて29.157°に,YFについて27.881°に,YOFについては28.064°に、Yについて28.114°に検出される。なお、「YOF系」とは、YOFやYと同様の結晶構造を有するが、具体的な組成の不明な化合物(すなわち、Y,O,Fの元素比を特定できない化合物)のパターンのメインピークについてその強度比を示したものである。 In the "XRD intensity ratio" column, the intensity of the main peak of each crystal phase detected in the diffraction pattern obtained as a result of powder X-ray diffraction analysis for each sprayed coating was set to 100 as the highest main peak intensity. It is shown as a relative value. For reference, the main peak of each crystal phase is 29.157 ° for Y 2 O 3 , 27.881 ° for YF 3 , 28.064 ° for YOF, and Y 5 O 4 F 7 . Detected at 28.114 °. Note that the "YOF system" has the same crystal structure as YOF and Y 5 O 4 F 7, unknown compounds of specific composition (i.e., Y, O, can not be identified element ratio F compound) The intensity ratio of the main peak of the pattern is shown.

「Y3d軌道」の欄は、各溶射皮膜における元素Yの3d軌道の結合エネルギーを、上記と同じXPS分析装置を用いて測定した結果を示した。 The column of "Y3d orbital" shows the result of measuring the binding energy of the 3d orbital of the element Y in each sprayed coating using the same XPS analyzer as above.

「耐プラ性」の欄には、各溶射膜に対して耐プラズマエロージョン特性評価を行った結果を示した。具体的には、溶射皮膜をハロゲン系プラズマに10時間晒したときの溶射皮膜の膜厚の減少量(エッチング量)を測定した結果を示した。すなわち、まず、上記で作製した溶射皮膜付部材の溶射皮膜の表面を平均粒子径0.06μmのコロイダルシリカを用いて鏡面研磨した。そしてこの溶射皮膜付部材を、平行平板型の半導体デバイス製造装置のチャンバー内の上部電極にあたる部材に、研磨面が露出するように設置した。そして、チャンバー内のステージに直径300mmのシリコンウェハを設置し、2000枚のシリコンウェハに対してプラズマドライエッチングを施すダミーランを100時間実施した。エッチング処理におけるプラズマは、チャンバー内の圧力を13.3Paに保ち、アルゴン(Ar)と四フッ化炭素(CF)と酸素(O)とを所定の割合で含むエッチングガスを1L/分の流量で供給しながら、13.56MHzで1500Wの高周波電力を印加することで発生させた。その後、チャンバー内のステージに、パーティクルカウント用の直径300mmのシリコンウェハを設置し、上記と同様の条件でプラズマを10時間発生させたときの、溶射皮膜の膜厚の減少量をμm単位で示した。 In the "Plastic resistance" column, the results of plasma erosion resistance evaluation for each sprayed film are shown. Specifically, the result of measuring the reduction amount (etching amount) of the thermal spray coating film thickness when the thermal spray coating was exposed to halogen-based plasma for 10 hours was shown. That is, first, the surface of the sprayed coating of the member with the sprayed coating prepared above was mirror-polished using colloidal silica having an average particle diameter of 0.06 μm. Then, the member with the thermal spray coating was installed on the member corresponding to the upper electrode in the chamber of the parallel plate type semiconductor device manufacturing apparatus so that the polished surface was exposed. Then, a silicon wafer having a diameter of 300 mm was placed on the stage in the chamber, and a dummy run for performing plasma dry etching on 2000 silicon wafers was carried out for 100 hours. The plasma in the etching process keeps the pressure in the chamber at 13.3 Pa and contains an etching gas containing argon (Ar), carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (O) in a predetermined ratio at a flow rate of 1 L / min. It was generated by applying a high frequency power of 1500 W at 13.56 MHz while supplying with. After that, a silicon wafer with a diameter of 300 mm for particle counting was placed on the stage in the chamber, and the amount of decrease in the film thickness of the sprayed coating when plasma was generated for 10 hours under the same conditions as above is shown in μm units. rice field.

「発塵性」の欄には、溶射皮膜をハロゲン系プラズマに1時間晒したとき、溶射皮膜から発生したパーティクルの数を評価した結果を示した。各溶射皮膜に対し、上記と同じ条件でプラズマエッチングを行ったときのパーティクル発生数を、KLA−Tencor製のウェーハ表面検査装置、Surfscan SP2に換えて、Surfscan SP5を用いて測定したときの評価結果を示している。Surfscan SP5は、直径19nm以上のパーティクルの検出が可能であり、パーティクル数〔2〕は、シリコンウェハ上に堆積しているより微細なパーティクルまでを計測対象としたときの結果を示している。なお、パーティクルの発生数は、プラズマ暴露後、約30分後には概ね飽和することが確認されているが、本例ではばらつきを排除するために暴露時間を1時間としている。パーティクル総数のカウントに際しては、30秒間のプラズマエッチングの前後でシリコンウェハ上のパーティクル数をカウントし、その差を、プラズマ照射後の溶射皮膜から発生してシリコンウェハ上に堆積したパーティクル数(総数)とした。 In the column of "dust generation property", the result of evaluating the number of particles generated from the sprayed coating when the sprayed coating was exposed to halogen-based plasma for 1 hour was shown. Evaluation results when the number of particles generated when plasma etching was performed on each sprayed coating under the same conditions as above was measured using Surfscan SP5 instead of Surfscan SP2, a wafer surface inspection device manufactured by KLA-Tencor. Is shown. The Surfscan SP5 can detect particles having a diameter of 19 nm or more, and the number of particles [2] shows the result when even finer particles deposited on the silicon wafer are measured. It has been confirmed that the number of particles generated is approximately saturated about 30 minutes after plasma exposure, but in this example, the exposure time is set to 1 hour in order to eliminate variations. When counting the total number of particles, the number of particles on the silicon wafer is counted before and after plasma etching for 30 seconds, and the difference is the number of particles (total number) generated from the thermal spray coating after plasma irradiation and deposited on the silicon wafer. And said.

パーティクル数〔2〕の欄内に記載された、
「A*」は、パーティクル数(相対値)が1以下の場合を示し、
「A」は、該パーティクル数が1超過5以下の場合を示し、
「B」は該パーティクル数が5超過15以下の場合を示し、
「C」は該パーティクルの数が15超過100以下の場合を示し、
「D」は該パーティクルの数が100超過の場合を示している。
Described in the column of the number of particles [2],
"A *" indicates the case where the number of particles (relative value) is 1 or less.
“A” indicates a case where the number of particles exceeds 1 and is 5 or less.
"B" indicates a case where the number of particles exceeds 5 and is 15 or less.
"C" indicates the case where the number of the particles is more than 15 and 100 or less.
“D” indicates a case where the number of the particles exceeds 100.

「変質層」の欄には、各溶射膜に対して上記のプラズマを照射したときに、溶射皮膜の表面に変質層が形成されたかどうかを確認した結果を示した。変質層の形成の確認は、溶射膜の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察することで行った。TEM観察において、溶射皮膜断面の表面近傍において、コントラストが明らかに周囲と異なり緻密性を欠いている部分を変質層とした。変質層が形成された場合は、変質層のTEM画像において変質層の厚さ(寸法)を5点で測定したときの平均値を当該変質層の平均厚さとし、その結果を表2の「変質層」の欄に記入した。 In the column of "altered layer", the result of confirming whether or not the altered layer was formed on the surface of the sprayed film when the above-mentioned plasma was irradiated to each sprayed film was shown. The formation of the altered layer was confirmed by observing the cross section of the sprayed membrane with a transmission electron microscope (TEM). In the TEM observation, in the vicinity of the surface of the cross section of the sprayed coating, the portion where the contrast was clearly different from the surroundings and lacked denseness was defined as the altered layer. When the altered layer is formed, the average value when the thickness (dimensions) of the altered layer is measured at 5 points in the TEM image of the altered layer is taken as the average thickness of the altered layer, and the result is "altered" in Table 2. I filled in the "Layer" column.

(評価)
表2の参考例から明らかなように、大気中で焼成して作製した顆粒状の溶射用材料は、過剰な酸化を避けるために焼成温度を900℃程度と低くしたため、組成が出発原料のYFのままでYOFは僅かにしか含まれないことがわかった。なお、図7は、参考例の溶射用材料を溶射して得られた溶射皮膜の表面状態の一部を示す観察像である。この図7に示されるように、顆粒状の溶射用材料は溶射フレーム中で十分に溶融されず、未溶融の状態で溶射皮膜を形成していることが確認された。また参考例の溶射皮膜は気孔率が13%と全例中で最も高くなることがわかった。これは、この溶射用材料はフッ素を多く含む顆粒のため、溶射中にフッ素が多く揮発し、緻密な溶射皮膜の形成を阻害したものと考えられる。また、溶射用材料が顆粒であることから溶射中に造粒粒子の内部まで十分に熱が伝わらず、中心部が顆粒のまま皮膜を形成してしまったことによるものと考えられる。したがって、参考例に溶射皮膜におけるフッ素の含有量は比較的高めではあるものの、YFの酸化に伴い多量のYが形成されており、溶射皮膜がYを15%も含むことがわかった。その結果、参考例の溶射皮膜は、気孔率の高さに由来して耐プラズマエロージョン特性が低く、プラズマに晒されることでエッチングされ易いことがわかった。また同時に、参考例の溶射皮膜はYを多く含むことからプラズマに晒されることで変質層が形成され、発塵性も高くなることがわかった。
(evaluation)
As is clear from the reference examples in Table 2, the granular thermal spraying material produced by firing in the air had a firing temperature as low as about 900 ° C. in order to avoid excessive oxidation, so that the composition of YF was the starting material. It was found that YOF was contained only slightly at 3 as it was. FIG. 7 is an observation image showing a part of the surface state of the thermal spray coating obtained by spraying the thermal spraying material of the reference example. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the granular thermal spraying material was not sufficiently melted in the thermal spray frame and formed a thermal spray coating in an unmelted state. It was also found that the sprayed coating of the reference example had a porosity of 13%, which was the highest among all the cases. It is considered that this is because the thermal spraying material is granules containing a large amount of fluorine, so that a large amount of fluorine is volatilized during the thermal spraying, which hinders the formation of a dense thermal spray coating. Further, it is considered that the heat was not sufficiently transferred to the inside of the granulated particles during the thermal spraying because the material for thermal spraying was granules, and a film was formed in the central portion as the granules. Therefore, in the reference example, although the fluorine content in the thermal spray coating is relatively high, a large amount of Y 2 O 3 is formed due to the oxidation of YF 3 , and the thermal spray coating contains as much as 15% of Y 2 O 3. I understood it. As a result, it was found that the sprayed coating of the reference example had low plasma erosion resistance due to its high porosity and was easily etched by being exposed to plasma. At the same time, the thermal spray coating of Reference Example is affected layer formed by being exposed to the plasma since it contains a large amount of Y 2 O 3, it was found that the higher the dusting.

他方で例1の結果から明らかなように、Y(酸化イットリウム)のみからなる溶射用材料を溶射して形成される溶射膜は、本質的にYのみから構成され、溶射においてYの更なる酸化分解等は見られないことがわかった。つまり例1の溶射皮膜はY相のみから構成されることがわかった。例1の溶射皮膜は、気孔率が4%と比較的低い値であったが、顆粒の形態の溶射用材料が溶射により完全に溶融されず、溶射皮膜の一部に顆粒状態の組織が見られることがわかった。これは、溶射時に顆粒の表面のみが溶融して基材に付着したものの、顆粒の内部は溶融せずにそのまま顆粒を構成する微粒子が被膜に残存したものと考えられる。 On the other hand, as is clear from the result of Example 1, the thermal spraying film formed by spraying a thermal spraying material consisting only of Y 2 O 3 (yttrium oxide) is essentially composed of only Y 2 O 3 and is sprayed. It was found that no further oxidative decomposition of Y 2 O 3 was observed. That spray coating Example 1 was found to be composed of only Y 2 O 3 phase. The thermal spray coating of Example 1 had a relatively low porosity of 4%, but the thermal spraying material in the form of granules was not completely melted by thermal spraying, and a granular structure was observed in a part of the thermal spray coating. It turned out to be. It is considered that this is because only the surface of the granules melted and adhered to the base material during thermal spraying, but the inside of the granules did not melt and the fine particles constituting the granules remained in the coating film.

例1の溶射皮膜は、プラズマに10時間晒したときのエッチング量が全例中で最も少なく、耐プラズマエロージョン特性に優れていることがわかった。しかしながら、プラズマに1時間晒したときの直径19nm以上のパーティクルの発生量は、全例中で最も多かった。また、例1の溶射皮膜は、プラズマに1時間晒すことにより表面が大きく変質されて、50nm程度の変質層が複数形成されることがわかった。この変質層の寸法は全例の中でも著しく大きく、パーティクル発生量との間に相関がみられる。このことから、Y組成の溶射皮膜は耐発塵性の点では全例中で最も劣ることが確認された。 It was found that the sprayed coating of Example 1 had the smallest etching amount among all the examples when exposed to plasma for 10 hours, and was excellent in plasma erosion resistance. However, the amount of particles having a diameter of 19 nm or more generated when exposed to plasma for 1 hour was the largest among all the cases. Further, it was found that the surface of the sprayed coating of Example 1 was significantly altered by being exposed to plasma for 1 hour, and a plurality of altered layers having a size of about 50 nm were formed. The size of this altered layer is remarkably large in all cases, and a correlation can be seen with the amount of particles generated. Therefore, spray coating Y 2 O 3 composition in terms of耐発Dust was confirmed that most inferior in all cases.

また、例2の結果から、フッ化イットリウム(YF)を含む溶射用材料は、溶射により一部が酸化されて、溶射皮膜中にフッ化イットリウムとイットリウムオキシフッ化物とを形成することがわかった。しかしながら、このフッ化イットリウムおよびイットリウムオキシフッ化物は、XPS分析の結果からYの3d軌道の結合エネルギーが160eVよりも高い位置に見られ、溶射皮膜中に混晶は形成されていないことがわかった。
例2の溶射皮膜は、気孔率が3%と比較的低い値であったが、溶射皮膜の一部に顆粒状態の未溶融の溶射用材料からなる組織が見られることがわかった。例2の溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン特性については全例中で最も劣ることがわかった。また、例2の溶射皮膜は、プラズマに1時間晒すことにより表面が変質されて、10nm程度の変質層を形成することがわかった。この変質層の寸法は例1に次いで2番目に大きく、その結果、YF組成の溶射皮膜はやや耐発塵性に劣ることが確認された。
Further, from the results of Example 2, it was found that the thermal spraying material containing yttrium fluoride (YF 3 ) was partially oxidized by thermal spraying to form yttrium fluoride and yttrium oxyfluoride in the thermal spray coating. rice field. However, the yttrium fluoride and yttrium oxyfluoride were found at a position where the binding energy of the 3d orbital of Y was higher than 160 eV from the results of XPS analysis, and it was found that no mixed crystals were formed in the sprayed coating. ..
The thermal spray coating of Example 2 had a relatively low porosity of 3%, but it was found that a structure made of unmelted thermal spraying material in a granular state was observed in a part of the thermal spray coating. It was found that the thermal spray coating of Example 2 was the worst in all cases in terms of plasma erosion resistance. Further, it was found that the surface of the sprayed coating of Example 2 was altered by exposure to plasma for 1 hour to form an altered layer of about 10 nm. The dimensions of the altered layer is larger second only to Example 1, as a result, the thermal spray coating of YF 3 composition be slightly inferior to耐発Dust was confirmed.

例3の溶射用材料は、組成がYOFで示されるイットリウムオキシフッ化物を含む顆粒である。この溶射用材料は、溶射により溶射皮膜中に酸化イットリウムを50%以上の高い割合で生成することが確認された。また、この溶射用材料は、溶射によりオキシフッ化物中のフッ素が揮発して、得られる溶射皮膜の気孔率が9%と極めて高い値となってしまうことが確認された。このような傾向は、溶射用材料が顆粒で比表面積が高く、溶射中に酸化され易い形態であることによって促進されるものと考えられる。また、例3の溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性は、例1よりは劣るものの、例2よりは優れていることがわかった。また、例3の溶射皮膜は、耐発塵性に優れるYOFを含んでいるにもかかわらず、気孔率が高いため、変質層の形成の様子や耐発塵性は、例2と同程度となることがわかった。 The thermal spraying material of Example 3 is a granule containing yttrium oxyfluoride whose composition is represented by YOF. It was confirmed that this thermal spraying material produces yttrium oxide in the thermal spray coating at a high rate of 50% or more by thermal spraying. Further, it was confirmed that in this thermal spraying material, fluorine in the oxyfluoride was volatilized by thermal spraying, and the porosity of the obtained thermal spray coating became an extremely high value of 9%. It is considered that such a tendency is promoted by the fact that the thermal spraying material is granules, has a high specific surface area, and is easily oxidized during thermal spraying. Further, it was found that the plasma erosion resistance of the thermal spray coating of Example 3 was inferior to that of Example 1, but superior to that of Example 2. Further, although the thermal spray coating of Example 3 contains YOF having excellent dust generation resistance, the porosity is high, so that the state of formation of the altered layer and the dust generation resistance are about the same as in Example 2. It turned out to be.

例4の溶射用材料は、組成がYで示されるイットリウムオキシフッ化物を含む顆粒である。例4の溶射用材料は顆粒状であるため、溶射フレーム中で加熱されても溶射皮膜中に未溶融の状態で残存し得ることが確認された。このことは、組成によることなく、上述の参考例および例1〜3の溶射用材料から得られた溶射皮膜についても同様であった。この溶射用材料は、溶射により溶射皮膜中にYが残存するものの、大部分がYOFに、一部がYに酸化されることが確認された。さらに、溶射用材料自体が高い割合でフッ素を含み、溶射中に揮発されていることから、得られる溶射皮膜の気孔率が10%と例3よりも高い値となってしまうことが確認された。例4の溶射皮膜は、YF相を含まないことから、耐プラズマエロージョン特性については例3と同程度であった。しかしながら、例3と比較して、YOFやYの割合が多いことから、変質層は5nmと小さいものしか観察されず、プラズマにより変質されにくいことがわかった。しかしながら、例4の溶射皮膜は、気孔率が10%と高いためか、耐発塵性についてはCと、例2〜3と同程度であった。 The thermal spraying material of Example 4 is a granule containing yttrium oxyfluoride having a composition of Y 5 O 4 F 7. Since the thermal spraying material of Example 4 is granular, it was confirmed that even if it is heated in the thermal spraying frame, it can remain in the thermal spray coating in an unmelted state. This also applies to the thermal spray coatings obtained from the above-mentioned reference examples and the thermal spray materials of Examples 1 to 3 regardless of the composition. It was confirmed that in this thermal spraying material, although Y 5 O 4 F 7 remained in the thermal spray coating by thermal spraying, most of it was oxidized to YOF and some to Y 2 O 3. Furthermore, since the thermal spraying material itself contains fluorine in a high proportion and is volatilized during thermal spraying, it was confirmed that the porosity of the obtained thermal spray coating is 10%, which is higher than that of Example 3. .. Since the thermal spray coating of Example 4 did not contain the YF 3- phase, the plasma erosion resistance was about the same as that of Example 3. However, since the proportions of YOF and Y 5 O 4 F 7 were higher than in Example 3, only a small alteration layer of 5 nm was observed, and it was found that the alteration layer was not easily altered by plasma. However, probably because the sprayed coating of Example 4 had a high porosity of 10%, the dust generation resistance was about the same as that of C and Examples 2 and 3.

例5の溶射用材料は、組成がYで示されるイットリウムオキシフッ化物の粉体である。この溶射用材料はYの単相からなり、混晶は形成していないが、原料粉末が溶融一体化されているため累積細孔容積が著しく低いことが確認できた。その結果、Y相およびYOF相を高い割合で含む溶射皮膜を形成できることがわかった。また、溶射用材料の組成は例4と同じであるにもかかわらず、溶射皮膜中に形成されるYOFの量が増大され、Yに酸化される割合が減少することが確認された。また、溶射皮膜の気孔率も8%と若干低減されることがわかった(図5参照)。この例5の溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン特性は例2と同程度まで大きくなったものの、変質層の大きさは5nmと小さく、耐発塵性についてはBと低く抑えられることがわかった。 The thermal spraying material of Example 5 is a yttrium oxyfluoride powder having a composition of Y 5 O 4 F 7. It was confirmed that this thermal spraying material was composed of a single phase of Y 5 O 4 F 7 and did not form mixed crystals, but the cumulative pore volume was remarkably low because the raw material powder was melt-integrated. As a result, it was found that a thermal spray coating containing a high proportion of Y 5 O 4 F 7 phase and YOF phase can be formed. Also, even though the composition of the thermal spraying materials are the same as Example 4, the amount of YOF formed in the thermal spray coating is increased, the ratio of oxidized to Y 2 O 3 was confirmed to decrease .. It was also found that the porosity of the sprayed coating was slightly reduced to 8% (see FIG. 5). It was found that the thermal spray coating of Example 5 had a plasma erosion resistance property as large as that of Example 2, but the size of the altered layer was as small as 5 nm, and the dust generation resistance was suppressed as low as B.

例6の溶射用材料は、イットリウムオキシフッ化物の粉体である。この溶射用材料は原料粉末が溶融一体化されているため累積細孔容積が著しく低いことが確認できた。また、XRD分析の結果、例6の溶射用材料は、YとYFとの混晶を含むことがわかった。混晶におけるYとYFとの固溶率は、80:20であることが確認された。この例6の溶射用材料は、溶射皮膜の大部分がYにより形成されることがわかった。また、溶射皮膜中にYが少量含まれるものの、その他はYOFであり、概ねイットリウムオキシフッ化物から構成されることが確認された。また、XPS分析の結果、例6の溶射皮膜自体にも混晶が含まれることがわかった。この溶射皮膜は、例4および5に比べて溶射によるフッ素の揮発が抑制されているため、気孔率が5%と大幅に低く緻密な溶射皮膜が形成されたことがわかった。これは、例6の溶射用材料が混晶を含み、Yへの酸化分解が抑制されたことによるものと考えられる。なお、例6の溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン特性については例3〜4と同程度であったが、プラズマを照射しても変質層の形成は認められず、耐発塵性がAと微小なパーティクルの発生量が極めて低く抑えられることがわかった。 The thermal spraying material of Example 6 is a powder of yttrium oxyfluoride. It was confirmed that the cumulative pore volume of this thermal spraying material was extremely low because the raw material powder was melted and integrated. As a result of XRD analysis, thermal spray material of Example 6 was found to contain a mixed crystal of Y 5 O 4 F 7 and YF 3. Rate of solid solution of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 in the mixed crystal is 80: it was confirmed that 20. In the thermal spraying material of Example 6, it was found that most of the thermal spray coating was formed by Y 5 O 4 F 7. Further, it was confirmed that although the sprayed coating contained a small amount of Y 2 O 3 , the others were YOF and were generally composed of yttrium oxyfluoride. In addition, as a result of XPS analysis, it was found that the sprayed coating itself of Example 6 also contained mixed crystals. It was found that this sprayed coating had a porosity of 5%, which was significantly lower, and a dense sprayed coating was formed because the volatilization of fluorine by thermal spraying was suppressed as compared with Examples 4 and 5. This spray material of Example 6 comprises a mixed crystal, oxidative decomposition of the Y 2 O 3 is considered to be due to a suppressed. The thermal spray coating of Example 6 had the same plasma erosion resistance as in Examples 3 to 4, but no alteration layer was observed even when irradiated with plasma, and the dust generation resistance was as small as A. It was found that the amount of generated particles can be suppressed to an extremely low level.

例7および例8の溶射用材料は、イットリウムオキシフッ化物の粉体である。これらの溶射用材料も、原料粉末が溶融一体化されているために累積細孔容積が著しく低い。XRD分析の結果、これらの溶射用材料は、YとYFとの混晶を含み、混晶におけるYとYFとの固溶率は、例7の溶射用材料で56:44、例8の溶射用材料で28:72であることが確認された。例6〜8の比較から、これら混晶を含む溶射用材料を溶射すると、YFの固溶率が高くなるほど、溶射皮膜に含まれるYの割合が増大されることが確認された。また、YFの固溶率が高くなることで、溶射皮膜の気孔率も低減されることが確認された。図6は、例8の溶射皮膜の断面像である。図5に示された例5の溶射皮膜(気孔率8%)と比較すると明らかなように、極めて緻密な溶射皮膜が形成されていることが確認できた。 The thermal spraying materials of Examples 7 and 8 are powders of yttrium oxyfluoride. These thermal spraying materials also have a significantly low cumulative pore volume because the raw material powder is melt-integrated. Results of XRD analysis, these spraying material comprises mixed crystals of Y 5 O 4 F 7 and YF 3, the solid solution ratio of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 in mixed crystals of Example 7 It was confirmed that the ratio was 56:44 for the thermal spraying material and 28:72 for the thermal spraying material of Example 8. From the comparison of Examples 6 to 8, it was confirmed that when the thermal spraying material containing these mixed crystals was sprayed, the proportion of Y 5 O 4 F 7 contained in the thermal spray coating increased as the solid solution ratio of YF 3 increased. Was done. It was also confirmed that the porosity of the sprayed coating was reduced by increasing the solid solution ratio of YF 3. FIG. 6 is a cross-sectional image of the thermal spray coating of Example 8. As is clear from comparison with the thermal spray coating of Example 5 shown in FIG. 5 (porosity 8%), it was confirmed that an extremely dense thermal spray coating was formed.

また例8では、溶射用材料中に占めるY相の組成割合よりも、溶射皮膜中に含まれるY相の割合の方が高い。さらに、例6に比べてYFの固溶率の高い例7および例8の溶射用材料を用いることで、溶射皮膜中にYが形成されなくなることがわかる。これらのことから、溶射用材料に含まれる混晶が、溶射環境によってYやYOFへと分解されることが確認できた。つまり、混晶が分解される場合、混晶の組成が徐々に変化されてゆき、さらに酸化が進むと混晶を構成するYとして析出すること、また、Yは酸化されるときに一旦よりフッ素の割合の少ないYOFを経由してから分解されること、によるものと考えられる。例6、例7および8の溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン特性は同等であり、いずれも変質層の形成は認められず、耐発塵性もA〜Bと良好な結果であった。例8の溶射皮膜の発塵性がBとなったのは、Y,O,Fの組成がYFに近づいたためであると考えられる。 Further, in Example 8, the ratio of the Y 5 O 4 F 7 phase contained in the thermal spray coating is higher than the composition ratio of the Y 5 O 4 F 7 phase in the thermal spraying material. Further, it can be seen that Y 2 O 3 is not formed in the thermal spray coating by using the thermal spraying materials of Examples 7 and 8 in which the solid solution ratio of YF 3 is higher than that of Example 6. From these, a mixed crystal that is included in the spraying material has Y 5 O 4 F 7 and confirmed to be decomposed into YOF by spraying environment. That is, when the mixed crystal is decomposed, the composition of the mixed crystal is gradually changed, and when the oxidation further progresses, it is precipitated as Y 5 O 4 F 7 constituting the mixed crystal, and Y 5 O 4 F It is considered that 7 is decomposed after passing through YOF having a lower proportion of fluorine when it is oxidized. The sprayed coatings of Examples 6, 7 and 8 had the same plasma erosion resistance, no alteration layer was observed, and the dust generation resistance was good as A to B. It is considered that the reason why the dusting property of the sprayed coating of Example 8 became B is that the composition of Y, O, and F approached that of YF 3.

なお、例6*〜8*の溶射用材料は、造粒粒子の形態を有している。しかしながら、XRDの分析結果から例6〜8と同じ組成の混晶をそれぞれ含むことが確認された。その結果、この例6*〜8*の溶射用材料を溶射して得られる溶射皮膜中にはYが形成されず、混晶を含むために顆粒の形態であっても溶射中の溶射用材料の酸化物への分解が抑制されることが確認された。しかしながら、溶射用材料が顆粒の形態であるため溶射皮膜中には未溶融粒子の存在が確認され、その結果、溶射皮膜は気孔率がやや高くなり、例6〜8の溶射皮膜と比較すると耐プラズマエロージョン特性および発塵性が劣ってしまうことがわかった。しかしながら、耐プラズマエロージョン特性および発塵性ともに、参考例および例1〜4の溶射皮膜に比べて優れており、溶射用材料が混晶を含むことで溶射中の材料劣化を抑制し、良質な溶射皮膜を形成できることが確認できた。 The thermal spraying materials of Examples 6 * to 8 * have the form of granulated particles. However, from the XRD analysis results, it was confirmed that each of them contained mixed crystals having the same composition as in Examples 6 to 8. As a result, Y 2 O 3 is not formed in the thermal spray coating obtained by spraying the thermal spraying materials of Examples 6 * to 8 *, and because it contains mixed crystals, it is still sprayed even in the form of granules. It was confirmed that the decomposition of the thermal spraying material into oxides was suppressed. However, since the thermal spraying material is in the form of granules, the presence of unmelted particles was confirmed in the thermal spray coating, and as a result, the thermal spray coating had a slightly higher porosity and was more resistant than the thermal spray coatings of Examples 6 to 8. It was found that the plasma erosion characteristics and dust generation were inferior. However, both plasma erosion resistance and dust generation resistance are superior to those of the thermal spray coatings of Reference Examples and Examples 1 to 4, and the thermal spraying material contains mixed crystals, which suppresses material deterioration during thermal spraying and is of good quality. It was confirmed that a thermal spray coating could be formed.

[実施形態2]
上記実施形態1で用意した例5,6,7の溶射用材料を用い、異なる溶射条件にて溶射したときに得られる溶射皮膜の特性について調べた。
すなわち、例5Aでは、例5の溶射用材料を用い、市販のプラズマ溶射装置「SG−100」(Praxair Surface Technologies社製)にて、アルゴンガス100psi(0.69MPa),へリウムガス110psi(0.76MPa)の混合ガスを溶射用ガスとして用い、電圧41.6V,電流900Aの条件にて高速溶射することにより溶射皮膜を形成した。
[Embodiment 2]
Using the thermal spraying materials of Examples 5, 6 and 7 prepared in the first embodiment, the characteristics of the thermal spray coating obtained by thermal spraying under different thermal spraying conditions were investigated.
That is, in Example 5A, the thermal spraying material of Example 5 was used, and a commercially available plasma spraying device “SG-100” (manufactured by Praxair Surface Technologies) was used to generate argon gas 100 psi (0.69 MPa) and helium gas 110 psi (0. A thermal spray coating was formed by using a mixed gas of 76 MPa) as a thermal spraying gas and performing high-speed thermal spraying under the conditions of a voltage of 41.6 V and a current of 900 A.

また、例5Bでは、例5の溶射用材料を用い、市販のプラズマ溶射装置「F4」(Sulzer Mteco社製)にて、アルゴンガス50NLPM,水素ガス10NLPMの混合ガスを溶射用ガスとして用い、電圧70V,電流600Aの条件にて溶射することにより溶射皮膜を形成した。
例5Cでは、例5Bと同様にし、溶射装置のプラズマ発生条件を、電圧70V,電流600Aとすることにより溶射皮膜を形成した。
Further, in Example 5B, the thermal spraying material of Example 5 was used, and a mixed gas of argon gas 50NLPM and hydrogen gas 10NLPM was used as the thermal spraying gas in a commercially available plasma spraying device “F4” (manufactured by Sulzer Mteco), and the voltage was increased. A thermal spray coating was formed by thermal spraying under the conditions of 70 V and a current of 600 A.
In Example 5C, the thermal spray coating was formed by setting the plasma generation conditions of the thermal spraying apparatus to a voltage of 70 V and a current of 600 A in the same manner as in Example 5B.

例6Aでは、例6の溶射用材料を用い、例5Aと同様の溶射条件にて高速溶射することにより溶射皮膜を形成した。
例6Bでは、例6の溶射用材料を用い、例5Bと同様の溶射条件にて溶射することにより溶射皮膜を形成した。
例7Aでは、例7の溶射用材料を用い、例5Bと同様の溶射条件にて溶射することにより溶射皮膜を形成した。
In Example 6A, a thermal spray coating was formed by using the thermal spraying material of Example 6 and performing high-speed thermal spraying under the same thermal spraying conditions as in Example 5A.
In Example 6B, a thermal spray coating was formed by using the thermal spraying material of Example 6 and spraying under the same thermal spraying conditions as in Example 5B.
In Example 7A, a thermal spray coating was formed by using the thermal spraying material of Example 7 and spraying under the same thermal spraying conditions as in Example 5B.

このようにして得られた溶射皮膜の特性について調べ、その結果を表3に示した。表3の各欄の内容は、表2と共通である。 The characteristics of the sprayed coating thus obtained were investigated, and the results are shown in Table 3. The contents of each column in Table 3 are the same as those in Table 2.

Figure 0006918996
Figure 0006918996

(評価)
まず、例5および5Bの比較から、溶射機をF4にして溶射ガスを窒素含有ガスに変えることで、Yの溶融粉からなる溶射用材料は溶射中に組成が大きく変化し、溶射皮膜中に多量のYOF相と、Y相とが検出されることがわかった。しかしながら、例5Aおよび5Cに示されるように、それぞれの溶射装置の出力を高めることで、溶射皮膜の組成の変化はいずれも抑制される傾向にあることが確認できた。なお、例5Bの溶射皮膜は、Yから組成が大きく変化し、XRD分析ではY相が検出されている。しかしながら、XRD分析およびXPS分析の結果から、例5A〜5Cの溶射用材料は溶射されることにより溶射皮膜中に混晶を形成しており、プラズマに晒された場合に溶射皮膜に変質層が形成されないことが確認できた。しかしながら、耐プラズマエロージョン特性や変質層の形成の様子については、例5と例5A〜5Cとの間で大きな違いは見られなかった。
(evaluation)
First, Example 5 and from 5B comparison, the spray gun in the F4 thermal spray gas by changing the nitrogen-containing gas, Y 5 O 4 spraying material consisting of melted powder F 7 composition greatly changes during spraying , and a large amount of YOF phase, and a Y 2 O 3 phase has been found to be detected in the thermal spray coating. However, as shown in Examples 5A and 5C, it was confirmed that the change in the composition of the thermal spray coating tended to be suppressed by increasing the output of each thermal spraying device. The composition of the sprayed coating of Example 5B changed significantly from that of Y 5 O 4 F 7 , and the Y 2 O 3 phase was detected by XRD analysis. However, from the results of XRD analysis and XPS analysis, the thermal spraying materials of Examples 5A to 5C formed mixed crystals in the thermal spray coating by thermal spraying, and when exposed to plasma, a alteration layer was formed on the thermal spray coating. It was confirmed that it was not formed. However, there was no significant difference between Example 5 and Examples 5A to 5C in terms of plasma erosion resistance and the state of formation of the altered layer.

一方で、例6〜6Bに示されるように、YとYFの混晶の溶融粉からなる溶射用材料を用いた場合は、溶射皮膜中に含まれるフッ素量を高く維持して溶射できることがわかった。また、溶射皮膜中にも混晶が含まれることがわかった。例えば、例6Bでは、溶射機をF4にして溶射ガスを窒素含有ガスに変えることで溶射用材料の組成が変化し、溶射皮膜中に多量のY相が検出されている。しかしながら、XRDおよびXPSの結果から、このY相はY等の他の検出相とともに混晶を形成しており、プラズマに晒された場合であっても溶射皮膜に変質層が形成されないことが確認された。さらに、例6〜6Bの溶射皮膜は、通常の溶射方法(例6)においても、溶射条件を変えた場合(例6A,6B)と同様に、耐プラズマエロージョン特性と耐発塵性とが極めて良好にとなることがわかった。つまり、溶射用材料がYの混晶を含むことで耐プラズマエロージョン特性と耐発塵性とが高いレベルで両立されることがわかった。
このように、例6の溶射用材料は混晶を含むことから酸化分解が好適に抑制され、特殊な溶射条件で溶射を行わなくても、一般的な溶射方法によって十分に高品質な溶射皮膜が得られることがわかった。しかしながら、例6A〜6Bに示されるように、溶射用材料が混晶を含むとき、溶射条件をさらに変更することで溶射皮膜の変質が抑制され、耐発塵性に極めて優れた溶射皮膜が得られることが確認できた。
On the other hand, as shown in the example 6~6B, in the case of using a thermal spray material consisting of melted powder mixed crystal of Y 5 O 4 F 7 and YF 3, maintaining a high fluorine content in the thermal spray coating It turned out that it could be sprayed. It was also found that the sprayed coating also contained mixed crystals. For example, in Example 6B, the spraying gas changes the composition of the thermal spraying materials by changing the nitrogen-containing gas spray gun in the F4, a large amount of Y 2 O 3 phase is detected during the thermal spray coating. However, the results of XRD and XPS, the Y 2 O 3 phase forms a mixed crystal together with other detection phase such as Y 5 O 4 F 7, the sprayed coating even when exposed to plasma It was confirmed that the altered layer was not formed. Further, the thermal spray coatings of Examples 6 to 6B have extremely high plasma erosion resistance and dust generation resistance even in the normal thermal spraying method (Example 6), as in the case of changing the thermal spraying conditions (Examples 6A and 6B). It turned out to be good. That is, it was found that the thermal spraying material contained a mixed crystal of Y 5 O 4 F 7 to achieve both plasma erosion resistance and dust generation resistance at a high level.
As described above, since the thermal spraying material of Example 6 contains mixed crystals, oxidative decomposition is suitably suppressed, and even if thermal spraying is not performed under special thermal spraying conditions, a sufficiently high-quality thermal spray coating can be obtained by a general thermal spraying method. Was found to be obtained. However, as shown in Examples 6A to 6B, when the thermal spraying material contains mixed crystals, the deterioration of the thermal spray coating is suppressed by further changing the thermal spraying conditions, and a thermal spray coating having extremely excellent dust generation resistance can be obtained. It was confirmed that it could be done.

同様のことが、例7と例7Aとの比較からも確認できる。すなわち、例7Aでは、溶射機をF4にして溶射ガスを窒素含有ガスに変えることで、溶射皮膜中に多量のY相が検出されている。しかしながら、このY相はY相などと混晶を形成しており、プラズマに晒された場合であっても溶射皮膜に変質層が形成され難い構造を実現し得ることが確認された。 The same can be confirmed from the comparison between Example 7 and Example 7A. That is, Example 7A, by changing the spray gun in the F4 thermal spraying gas to the nitrogen-containing gas, a large amount of Y 2 O 3 phase is detected during the thermal spray coating. However, this Y 2 O 3 phase forms a mixed crystal with the Y 5 O 4 F 7 phase and the like, and it is possible to realize a structure in which an altered layer is unlikely to be formed on the sprayed coating even when exposed to plasma. It was confirmed that.

[実施形態3]
実施形態3では、溶射用材料としては、上記実施形態1で用意した例8の溶射用材料(例8a,8b,8A,8B)と、例8の溶射用材料の製造において造粒する造粒粒子の粒径を小さくして得た溶融粉からなる溶射用材料(例8C,8D)と、を用い、溶射条件を種々変更して溶射皮膜を形成した。例8a,8bでは、実施形態2と同様に、溶射装置として市販のプラズマ溶射装置「F4」(Sulzer Mteco社製)を用い、出力を変化させて溶射を行った。また、例8A〜8Dでは、溶射装置「F4」のバレル先端に、金属製のテーバー付円筒形状のシュラウド装置を延設して用いた。このシュラウド装置は、二重管構造で水冷可能に構成されており、円筒上流側と出口との二箇所に不活性ガスを吹き込むためのポートが設けられている。溶射には、溶射用ガスとして、アルゴンガス/水素ガス/窒素ガスの混合ガスを用いて溶射することにより溶射皮膜を形成した。なお、例8A,8Cでは、シュラウドガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いた。例8B,8Dでは、シュラウドガスとして窒素(N)ガスを用いた。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, as the thermal spraying material, the thermal spraying material of Example 8 (Examples 8a, 8b, 8A, 8B) prepared in the first embodiment and the granulation granulated in the production of the thermal spraying material of Example 8 are performed. Using a thermal spraying material (eg 8C, 8D) made of molten powder obtained by reducing the particle size of the particles, the thermal spraying conditions were variously changed to form a thermal spray coating. In Examples 8a and 8b, as in the second embodiment, a commercially available plasma spraying device "F4" (manufactured by Sulzer Mteco) was used as a thermal spraying device, and thermal spraying was performed by changing the output. Further, in Examples 8A to 8D, a cylindrical shroud device with a metal taber was extended and used at the tip of the barrel of the thermal spraying device “F4”. This shroud device has a double-tube structure and is water-coolable, and is provided with ports for blowing inert gas at two locations, the upstream side of the cylinder and the outlet. For thermal spraying, a thermal spray coating was formed by spraying using a mixed gas of argon gas / hydrogen gas / nitrogen gas as the thermal spraying gas. In Examples 8A and 8C, argon (Ar) gas was used as the shroud gas. In Examples 8B and 8D, nitrogen (N 2 ) gas was used as the shroud gas.

このようにして得られた溶射皮膜の特性について調べ、その結果を表4に示した。表4の各欄の内容は、表2と共通である。

Figure 0006918996
The characteristics of the sprayed coating thus obtained were investigated, and the results are shown in Table 4. The contents of each column in Table 4 are the same as those in Table 2.
Figure 0006918996

例8の溶射用材料が混晶を含むことから、溶射装置や溶射条件によらず、全例の溶射皮膜が混晶により構成されることが確認された。また、通常の溶射方法(例8)においても、溶射装置を変えたり(例8a、8b)、シュラウド装置を併用したりする場合(例8A〜8D)と同様に、溶射皮膜中に含まれるフッ素量を高く維持して溶射できていることから、気孔率も3%と緻密な溶射皮膜が得られることがわかった。
なお、例8、8aおよび8bの比較から、溶射装置をSG−100からF4へと変更することで、溶射皮膜の組成に酸素が多く導入されYの割合が高くなることがわかった。また、溶射装置F4を高出力条件で用いると、XRDの結果から比較的酸素リッチのY−O−F相が検出され、溶射皮膜への酸素の導入割合が高くなることが確認された。しかしながら、溶射皮膜は混晶を形成していることから、溶射皮膜がプラズマに晒されたときの耐発塵性が向上されることがわかった。そしてさらに、例8A〜8Dに示されるように、シュラウド装置を用いてシュラウド溶射にすることで、F4を用いた場合でも溶射皮膜の酸化が抑制されることが確認できた。なお、例8C,8Dは粒度が細かい溶射用材料であり、通常は溶射による酸化が促進される。しかしながら、例8C,8Dではシュラウド溶射を採用していることにより、耐発塵性は若干劣るものの、耐プラズマエロージョン特性等は良好な溶射皮膜が形成できることがわかった。なお、溶射用材料の粒度によらず、シュラウドガスとしては、窒素ガスよりもArガスを用いた方が、溶射皮膜がプラズマに晒されたときに変質層が形成され難く、耐発塵性に優れた溶射皮膜を形成できることがわかる。
Since the thermal spraying material of Example 8 contained mixed crystals, it was confirmed that the thermal spray coatings of all the examples were composed of mixed crystals regardless of the thermal spraying device and the thermal spraying conditions. Further, even in the usual thermal spraying method (Example 8), the fluorine contained in the thermal spray coating is similar to the case where the thermal spraying device is changed (Examples 8a and 8b) and the shroud device is used in combination (Examples 8A to 8D). Since the amount was maintained high and the spraying was possible, it was found that a dense sprayed coating with a porosity of 3% could be obtained.
From the comparison of Examples 8, 8a and 8b, by changing the thermal spraying device from SG-100 to F4, a large amount of oxygen is introduced into the composition of the thermal spray coating, and the ratio of Y 5 O 4 F 7 increases. all right. Further, when the thermal spraying device F4 was used under high output conditions, a relatively oxygen-rich YOF phase was detected from the XRD results, and it was confirmed that the introduction ratio of oxygen into the thermal spray coating was high. However, since the sprayed coating formed mixed crystals, it was found that the dust generation resistance when the sprayed coating was exposed to plasma was improved. Further, as shown in Examples 8A to 8D, it was confirmed that the oxidation of the sprayed coating was suppressed even when F4 was used by performing shroud spraying using a shroud device. Examples 8C and 8D are materials for thermal spraying having a fine particle size, and oxidation by thermal spraying is usually promoted. However, in Examples 8C and 8D, it was found that by adopting shroud thermal spraying, a thermal sprayed film having good plasma erosion resistance and the like can be formed although the dust generation resistance is slightly inferior. Regardless of the particle size of the thermal spraying material, using Ar gas as the shroud gas is less likely to form an altered layer when the thermal spray coating is exposed to plasma, resulting in dust generation resistance. It can be seen that an excellent thermal spray coating can be formed.

以上のことから、ここに開示される溶射用材料は、希土類元素酸化物を含まず、また溶射慣用において酸化され難いことが確認された。かかる酸化の抑制効果は、溶射方法によらず、一般的な溶射によっても、酸化が抑制されることがわかった。これにより、溶射皮膜中の希土類元素酸化物の含有を抑制することができ、希土類元素オキシフッ化物を主体とする溶射皮膜を形成することができる。このことにより、耐プラズマエロージョン特性と耐発塵性とを兼ね備えた、溶射皮膜および溶射皮膜付部材が提供される。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
From the above, it was confirmed that the thermal spraying material disclosed herein does not contain rare earth element oxides and is difficult to be oxidized in thermal spraying practice. It was found that the effect of suppressing oxidation is not limited to the thermal spraying method, but is also suppressed by general thermal spraying. As a result, the content of rare earth element oxides in the sprayed coating can be suppressed, and a sprayed coating containing rare earth element oxyfluoride as a main component can be formed. This provides a thermal spray coating and a member with a thermal spray coating that has both plasma erosion resistance and dust generation resistance.
Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

Claims (5)

基材と、
前記基材の表面の少なくとも一部に備えられた溶射皮膜と、
を備え、
前記溶射皮膜は、
構成元素として、希土類元素、酸素およびハロゲン元素を含み、
希土類元素オキシハロゲン化物と希土類元素ハロゲン化物との混晶を含む、
溶射皮膜付基材。
With the base material
A thermal spray coating provided on at least a part of the surface of the base material,
With
The sprayed coating is
Containing elements include rare earth elements, oxygen and halogen elements
Includes mixed crystals of rare earth element oxyhalides and rare earth element halides,
Base material with thermal spray coating.
前記希土類元素として、イットリウムを含み、
前記ハロゲン元素として、フッ素を含み、
前記混晶として、イットリウムオキシフッ化物とフッ化イットリウムとの混晶を含む、請求項1に記載の溶射皮膜付基材。
Yttrium is contained as the rare earth element, and
Fluorine is contained as the halogen element,
The base material with a thermal spray coating according to claim 1, wherein the mixed crystal contains a mixed crystal of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride.
前記溶射皮膜は、前記希土類元素オキシハロゲン化物を主成分とする、請求項1または2に記載の溶射皮膜付基材。 The base material with a thermal spray coating according to claim 1 or 2 , wherein the thermal spray coating is mainly composed of the rare earth element oxyhalide. 前記溶射皮膜は、前記希土類元素の酸化物を含まない、請求項1〜のいずれか1項に記載の溶射皮膜付基材。 The thermal spray coating, the oxide that does not contain rare earth elements, the thermal spray coating with the base material according to any one of claims 1-3. 寸法が70mm×50mmの前記基材に前記溶射皮膜が備えられた評価用の溶射皮膜付基材について、以下の評価試験:
a)前記評価用の溶射皮膜付基材の溶射皮膜の表面を鏡面研磨し、平行平板型の半導体デバイス製造装置のチャンバー内の上部電極にあたる部材に、鏡面研磨された前記表面が露出するように前記評価用の溶射皮膜付部材を設置する;
b)前記チャンバー内のステージに直径300mmのシリコンウェハを設置して以下のプラズマ発生条件でプラズマドライエッチングを施すダミーランを、2000枚の前記シリコンウェハに対して100時間実施する、
チャンバー内圧力:13.3Pa
エッチングガス組成:アルゴン、四フッ化炭素、および酸素の混合ガス
エッチングガス流量:1L/分
プラズマ発生電圧:13.56MHz、1500W;
c)次いで、前記チャンバー内のステージに、パーティクルカウント用の直径300mmのシリコンウェハを設置し、前記プラズマ発生条件でハロゲン系プラズマを1時間発生させたとき、前記パーティクルカウント用のシリコンウェハ上に堆積した前記溶射皮膜から発生した直径19nm以上のパーティクル数を計測する;
によるパーティクル発生数が15個/cm以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の溶射皮膜付基材。
The following evaluation test:
a) The surface of the thermal spray coating of the base material with the thermal spray coating for evaluation is mirror-polished so that the mirror-polished surface is exposed to the member corresponding to the upper electrode in the chamber of the parallel plate type semiconductor device manufacturing apparatus. A member with a thermal spray coating for evaluation is installed;
b) A dummy run in which a silicon wafer having a diameter of 300 mm is placed on a stage in the chamber and plasma dry etching is performed under the following plasma generation conditions is performed on 2000 silicon wafers for 100 hours .
Chamber pressure: 13.3 Pa
Etching gas composition: Mixed gas of argon, carbon tetrafluoride, and oxygen Etching gas Flow rate: 1 L / min Plasma generation voltage: 13.56 MHz, 1500 W;
c) Next, a silicon wafer having a diameter of 300 mm for particle counting was placed on the stage in the chamber, and when halogen-based plasma was generated for 1 hour under the plasma generation conditions, it was deposited on the silicon wafer for particle counting. The number of particles having a diameter of 19 nm or more generated from the thermal spray coating is measured;
The base material with a thermal spray coating according to any one of claims 1 to 4 , wherein the number of particles generated by the above is 15 particles / cm 2 or less.
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